土-桩-结构相互作用对砼自锚式悬索桥地震响应的影响研究

土-桩-结构相互作用是桥梁结构抗震研究中的难点,针对砼自锚式悬索桥进行土-桩-结构相互作用研究有助于该类结构的抗震设计及推广应用。文中利用有限元软件分别建立塔墩固结模型和考虑土-桩-结构相互作用模型,研究两种结构模型的动力特性和不同地震工况下的地震响应。结果表明,土-桩-结构相互作用延长了结构自振周期,主塔振动主导和参与的振型频率减小;与基础固结模型相比,考虑土-桩-结构相互作用模型的主梁弯矩和位移分布发生变化且响应幅值减小,主塔塔顶横桥向位移减小明显,塔底弯矩和剪力减小,主缆锚固端内力增幅减小,吊索力增幅在不同工况下有增有减,这类结构抗震设计时采用基础固结模型较保守。     

主跨2300m悬索桥自平衡体系及其力学特性研究

张靖皋长江大桥南航道桥推荐采用梁跨布置(2 300+717)m的双塔两跨悬索桥方案，活载及温度下，在南塔塔顶产生较大不平衡水平力，提出了释放塔顶不平衡水平力的新型缆塔约束体系——悬索桥主缆自平衡体系。采用自平衡滚轴式主索鞍结构，实现温度、汽车荷载等常遇荷载作用下，两侧主缆不平衡水平分力和索鞍滚动摩擦力三者自平衡。基于试验与有限元分析了合理摩擦系数、滑动限位值以及自平衡体系力学特性。结果显示，主缆缆力自平衡体系可显著减小索塔塔底纵向弯矩；不滚动状态时，塔与索鞍锁定，结构处于安全状态；结构失稳模态为横桥向，弹性屈曲系数大于8.2,非线性屈曲系数大于2.0;索鞍有限位移滑动，对桥梁频率、颤振检验风速等基本无影响，索塔无涡振现象。     

自平衡装配式主索鞍设计

张靖皋长江大桥南航道桥为主跨2 300 m的双塔双跨吊悬索桥，为适应建设条件特点，结合悬索桥索塔受力特点，创造性地提出了主缆缆力自平衡体系。自平衡装配式主索鞍是实现自平衡体系的关键构造，从张靖皋长江大桥自平衡装配式索鞍功能需求出发，综合考虑摩擦系数、结构受力、制作安装难度、施工过程需求、维护保养等问题，对自平衡装配式主索鞍的合理型式选择、结构设计、滚动副选材等问题进行阐述，为类似工程提供参考。     

白沙长江大桥横向抗震体系研究

白沙长江大桥是一座塔墩梁固结的主桥长为920 m的双塔独柱式混合梁斜拉桥.为了研究其辅助墩和过渡墩处横桥向的合理约束体系,分别在横向自由、横向约束、过渡墩约束及辅助墩约束4种约束体系下进行时程分析,研究斜拉桥在不同横向约束体系下的地震响应特点,针对混凝土刚性挡块和粘滞阻尼器减震体系分析不同参数对抗震性能的影响.结果表明:采用混凝土刚性挡块对同时减小各墩的横向地震响应作用较小;采用粘滞阻尼器体系可以有效减小各墩的横向地震响应,以及墩梁相对位移.     

黏滞性阻尼器对千米级斜拉桥纵向减震效果的振动台试验研究

为了研究千米级斜拉桥纵向采用黏滞性阻尼器的减震效果，以一座主跨1 088 m的斜拉桥为工程背景，按相似理论设计制作了一座几何缩尺比为1：35的全桥振动台试验模型，通过改变塔梁间的连接方式，建立了塔梁间纵向无约束的非减震体系和塔梁间纵向采用黏滞性阻尼器的减震体系，选用4条具有代表性的地震动进行了4个振动台纵向一致激励的全桥振动台试验，然后将不同地震动输入下2种体系的试验结果进行对比分析。试验结果表明：千米级斜拉桥纵向无约束体系的地震响应受输入地震动的特性影响较大，对于长周期成分丰富，特别是对应于结构一阶周期的加速度谱和位移谱谱值较大的地震动，结构的地震响应较大；千米级斜拉桥非减震体系的地震响应同样也受输入地震动特性的影响较大；纵向采用黏滞性阻尼器的减震体系可以减小结构的梁端位移、塔顶位移以及塔底钢筋应变，但输入地震动的特性会影响黏滞性阻尼器的减震效果，对于特征周期较长、长周期成分丰富的地震动，黏滞性阻尼器的减震效果较好，而对于有明显速度脉冲的地震动，黏滞性阻尼器的减震效果相对较差，当地震动峰值加速度PGA为0.4g时，在场地人工地震动、Loma Prieta地震动作用下，梁端最大位移分别减小了62.41%、37.75%；对于有明显速度脉冲的地震动，需要选择阻尼系数更大的黏滞性阻尼器。     

独塔斜拉桥横桥向不同体系振动台试验研究

为了研究独塔斜拉桥横桥向不同约束体系的抗震性能,以海南铺前大桥为工程背景,设计制作缩尺比为1:20的全桥结构模型,进行不同地震动作用下模型振动台试验,给出了模型结构动力特性识别结果以及各动力响应测量结果。对横桥向固结体系和弹塑性体系2种约束体系的试验数据进行整理分析与对比得出:全桥模型横桥向的地震响应与地震动的频谱特性有关。远场地震动作用下,采用弹塑性钢阻尼器的弹塑性体系相对固结体系能有效地减小关键点位移响应和关键截面应变响应;而在近场地震动作用下,采用弹塑性钢阻尼器的弹塑性体系产生了较大的结构(如主塔、主梁)位移响应。     

千米级斜拉桥横向减震体系振动台试验

工程中常采用的斜拉桥横向固定体系会增大桥墩、桥塔及其基础的抗震需求，从而增大斜拉桥在地震作用下的损伤破坏风险。为解决这一问题，以已研发的桥梁新型横向钢阻尼器为减震耗能装置，采用振动台试验方法，研究大跨度斜拉桥横向减震体系在近、远场地震作用下的减震效果。以苏通大桥为背景，设计1/35几何相似比的斜拉桥全桥试验模型，并分别进行横向减震体系和传统的横向固定体系的振动台试验。其中，将钢阻尼器与滑动型球钢支座并联布置于桥墩处、钢阻尼器布置于桥塔处形成横向减震体系。基于试验结果进行减震体系的减震行为分析。研究结果表明：在近、远场地震作用下，减震体系均能显著地减小主梁传递给桥墩和桥塔的地震力，其中墩梁、塔梁连接横向传力均减小50%以上，且将主梁位移限制在可接受范围内；减震体系也显著减小了塔身位移、曲率以及墩底曲率需求，其中，塔底截面曲率平均减小了34%，近塔辅助墩墩底曲率平均减小了67%；钢阻尼器拥有饱满的滞回曲线，但其滞回特性与地震输入有关；相对于支座的摩擦耗能，钢阻尼器的耗能能力更显著；在带有速度脉冲的近场地震作用下，钢阻尼器以及支座的位移响应具有明显的脉冲特点。     

不同地震激励下大跨度斜拉桥的地震反应分析

考虑地震波的行波效应、部分相干效应和局部场地效应,建立了不同机制的地震激励下大跨度斜拉桥地震反应的分析方法并以正在建设的主跨1 018 m的香港某大跨度斜拉桥为例,数值仿真了大跨度斜拉桥在确定性地震波一致激励、行波激励以及随机地震动场多点激励下的地震反应。结果表明:与确定性地震波一致激励相比,在确定性地震波行波激励以及考虑空间变化的随机地震动场激励下,斜拉桥的纵向位移反应明显减小,而其主跨跨中竖向位移反应明显增大。由此得出结论:对于大跨度斜拉桥,一致地震激励不能控制其抗震设计,应考虑行波激励和随机地震动场多点激励对其地震响应的影响。     

大跨高墩小半径刚构—连续组合梁桥地震响应分析

为研究大跨高墩小半径刚构-连续组合曲线梁桥的地震响应,以某(40+6×80+40)m的刚构-连续组合梁铁路特大桥为背景进行分析.采用ANSYS建立全桥有限元模型,计算桥梁动力特性,并采用反应谱法和时程分析法对桥梁在地震作用下的内力和位移进行分析.分析结果表明:增大桥墩刚度、采用墩梁固结方式能够提高刚构-连续组合曲线梁桥的整体性,有利于桥梁的抗震;从地震响应(位移、弯矩)综合考虑,对该类桥梁最不利的地震波激励角度为0°、90°(分别对应顺桥向、横桥向),增大横向刚度可减小桥梁结构的横向位移,增大墩底截面面积可减小桥梁结构在水平地震作用下的地震响应;总体上来说,在横桥向地震波激励下该类桥梁横向位移和面外弯矩最大,在顺桥向地震波激励下该类桥梁纵向位移和面内弯矩最大.     

大跨度悬索桥地震行波效应分析

大跨度悬索桥由于各墩柱基础所处地质条件的差异,不同墩柱间的地震动输入存在时间差,结构考虑了行波效应的地震响应可能与一致激励得到的不同。为了研究大跨度悬索桥的行波效应,以某长江大桥为研究对象,分别采用一致激励和非一致激励地震动时程输入,分析结果表明,在不同视波速时结构内力变化不太显著,但对梁端纵向位移较为敏感,相比在一致激励作用下,考虑了行波效应的结构地震响应较小。     

墩高对高烈度区连续梁桥抗震体系的影响

为研究桥墩高度对高烈度区连续梁桥抗震体系的影响，确定不同抗震体系的墩高适用范围，以黄茅海西引桥60 m连续梁桥为工程背景，进行了不同墩高下的约束体系对比分析，并在中间墩墩梁固结体系的基础上进一步分析了过渡墩约束体系对地震响应的影响。结果表明，当墩高较低时，减隔震体系地震响应明显小于墩梁固结体系，减隔震体系优势较大；随着墩高的增加，桥墩刚度减小，桥梁的自振周期增加，墩梁固结体系的地震响应逐渐减小，减隔震体系的优势减小。因此，建议墩高相对较矮时采用减隔震体系，墩高较高时采用墩梁固结体系。由于过渡墩设置减隔震支座可明显减小横向地震作用下结构内力，且不会大幅增加纵向地震响应，因此采用中间墩墩梁固结体系时，仍然可以考虑在过渡墩位置设置摩擦摆减隔震支座进行减隔震设计。     

行波激励下桩-土-斜拉桥多点振动台试验

为了研究桩基和场地土以及地震动空间效应对大跨斜拉桥地震反应的影响,以一座试设计主跨1 400m超大跨斜拉桥为试验原型,按1/70几何缩尺比设计和制作了一座包括群桩基础、模型土和上部结构等在内的试验全模型,缩尺后试验模型全长38.2m;根据动力等效原则,采用由砂子和木屑均匀混合而成的模型土模拟场地土,且用层状剪切土箱盛放。采用时间滞后的方法实现行波效应,通过多点振动台试验分别研究了纵向行波、横向行波对超大跨斜拉桥地震响应的影响及其机理。试验结果表明:行波作用对斜拉桥地震响应的影响非常复杂,纵向行波使塔顶纵向加速度和主跨竖向加速度的最大增幅分别约为50%和40%,而横向行波使塔顶和主跨横向加速度的最大减幅分别为15%和50%;纵向行波使主跨竖向位移的最大增幅约为40%,而横向行波使其横向相对位移的最大减幅为20%。行波作用对斜拉桥不同构件地震响应的影响也不同,与一致激励结果相比,纵向行波使塔顶、塔-梁以及墩顶相对纵向位移的最大减幅分别约为50%、40%和60%,使主跨竖向位移的最大增幅约为40%。此外,试验发现桩-土-结构相互作用对主塔、桥墩的加速度响应产生明显不利影响,使塔底增大2倍多,墩底增大1.1~4.0倍。基于上述结果,建议在斜拉桥地震反应分析或抗震设计时,需考虑行波效应和桩-土-结构相互作用等因素的影响,特别是其不利影响。     

斜拉桥一致激励与多点激励地震反应分析

以斜拉桥作为研究对象,对2个斜拉桥模型的动力特性进行了分析,又对2桥在一致激励与多点激励作用下的地震反应进行了比较分析.计算结果表明:大跨度斜拉桥的墩、塔、梁的连接方式对整个桥梁体系的动力特性影响很大,必须正确考虑;随着跨径的增大,一致激励和多点激励都将会显著增大塔的纵、横向位移和主梁竖向位移,对塔和主梁抗震设计均不利;同时,多点激励对斜拉桥的动力反应位移有显著影响,特别是在桥梁中比较柔的部位,设计时必须引起足够重视.     

马鞍山长江大桥三塔悬索桥关键技术研究

马鞍山长江大桥主桥为2×1 080 m三塔两跨悬索桥。三塔悬索桥的结构行为与两塔悬索桥不同,为防止主缆在中塔鞍座内滑移,围绕减少中塔两侧主缆缆力不平衡差值措施,对中塔塔、梁固结体系、半漂浮体系和全漂浮体系进行静力、动力和抗风性能分析,确定采用各项性能均较优的塔、梁固结体系。同时,对桥塔刚度和结构形式进行分析和比选,确定中塔采用上塔柱为钢结构、下塔柱为混凝土结构的钢-混凝土叠合塔。钢塔柱与混凝土塔柱采用底座连接方式,连接采用110束3715.24的可更换钢绞线索进行锚固。为减小塔、梁固结处的固端弯矩,降低桥塔下横梁的扭转内力,经比选,中塔处梁高采用5.0 m;中塔下横梁梁高采用6.5 m。     

沪通长江大桥主航道桥抗震设计

沪通长江大桥主航道桥为主跨1 092m的双塔三索面斜拉桥,针对其"塔高、跨大、质重、弱阻尼"的结构特点进行抗震设计。采用MIDAS Civil建立该桥空间有限元模型,对4种典型的塔梁纵向约束体系(阻尼体系、一塔固定一塔活动体系、弹性索体系、半飘浮体系)进行比选,最终选取能够有效耗能的阻尼体系。分析行波效应对该桥地震响应的影响,得出考虑行波效应时桥塔的横向内力均小于一致激励下的计算结果;考虑行波效应时桥塔的纵向响应稍有增大,但满足结构抗震性能要求。阻尼参数设计时,通过假定的线性阻尼系数找到最优值,再根据能量守恒的原则确定非线性阻尼系数,最终确定非线性指数α=0.3,阻尼系数Cα=2 250kN/(m/s)0.3。抗震验算表明结构的抗震性能满足要求。     

V形河谷(场地)条件下刚构桥地震动响应研究

以(81+150+81)m刚构桥为工程背景，引入黏弹性人工边界的地震动输入方法，采用动力有限元法对三维蜿蜒河谷与桥梁结构的相互作用进行研究，对比分析了一致激励、二维河谷与三维蜿蜒河谷作用下桥梁的多种结构地震动响应。结果表明：1)由于受场地空间的变化，三维蜿蜒河谷对结构墩高变化区域响应更为敏感；2)桥梁结构墩高与桥跨高度(长度)突变处，场地效应会对大多数桥墩、梁跨的位移和内力有着明显的增大作用，与一致激励相比增幅均在40%以上；3)相较二维场地效应，三维蜿蜒地形对蜿蜒河谷谷底附近处的桥梁结构地震动放大效应更为明显，增幅在60%以上。研究表明位于蜿蜒河谷地形中的大跨度建筑结构，若仅考虑一致激励与二维场地效应，不能准确反映结构地震响应，该研究对蜿蜒河谷场地的抗震设计具有一定的指导作用。     

沙坡头黄河大桥约束体系研究

为了探究沙坡头黄河大桥合理的约束体系，从而减小桥梁结构的地震响应，以沙坡头黄河大桥为研究对象，利用SAP2000软件，采用非线性时程分析方法开展了不同约束体系下桥梁地震响应的对比分析，提出了纵向在主塔位置设置黏滞阻尼器，横向在主塔和桥墩处设置黏滞阻尼器和摩擦摆支座的减震阻尼体系。结果表明，采用该体系，塔底弯矩降低了34%,主塔和过渡墩处的支座纵向位移降低了55%以上；纵向阻尼系数主塔处取4 000、过渡墩处取3 000,横向阻尼系数主塔处取4 000、过渡墩处取2 000,是较为合理的。     

近断层脉冲型地震动作用下大跨斜拉桥的地震响应特征分析

以一座双塔双索面半飘浮体系大跨度斜拉桥为工程背景,计算分析了纵向+竖向和横向+竖向激励下近断层脉冲型地震动、近断层非脉冲型地震动和远场地震动对大跨斜拉桥地震响应的影响.结果 表明:近断层脉冲型地震动、近断层非脉冲型地震动和远场地震动作用下,大跨斜拉桥主塔和主梁的地震响应规律基本相同;近断层脉冲型地震动对大跨斜拉桥主塔和...     

库区大跨度墩-塔-梁固结体系斜拉桥抗震性能研究

为研究库区大跨度墩-塔-梁固结体系斜拉桥抗震性能,以跨径布置为140m+320m+140m的河惠莞高速公路枫树坝水库特大桥为工程背景,采用有限元软件建立其空间分析模型,根据Morison理论换算动水附加质量,计算了库区蓄水状态对结构动力特性的影响,并运用非线性时程分析法分析评估了桥梁结构在E2强震作用下的地震响应及抗震性能。结果表明:墩水耦合作用将导致库区桥梁结构振动周期延长。强震下,蓄水会造成主墩主塔地震内力和主梁纵向位移增大,在进行墩柱配筋和交界墩搭接长度设计时应进行考虑。研究结论可供库区大跨度墩-塔-梁固结体系斜拉桥抗震设计参考。     

重庆鱼洞长江特大桥地震反应分析

以重庆鱼洞长江大桥为研究对象,建立了大跨度高墩连续刚构桥的空间计算模型,考虑群桩与桩土效应,分析其动力特性,并运用反应谱法与时程分析法计算了一致激励及下大跨连续刚构的地震响应。分析结果表明:该桥动力特性符合设计要求,其横向地震响应比纵向大,具有良好的抗震性能。