预应力混凝土曲线梁桥几个问题研究

曲线梁桥是弯扭耦合作用下的空间受力结构,现行桥梁规范所包括的内容滞后于桥梁的发展,平面分析的方法已不适用。文中对曲线梁桥的弯扭耦合效应、内外梁体受力不均以及恒载作用下结构产生较大的转矩等受力特点进行了分析。分析结果表明:曲线梁桥中间支承方式的设定不能改变支座的反力,外侧腹板弯矩内力均大于内侧腹板的弯矩内力,曲线半径越小,变化幅度越大。     

减隔震曲线折梁桥地震反应分析

随着对路线线形、造型美观及公路运营技术等要求不断提高,曲线折梁桥的应用越来越广泛。由于曲线折梁桥空间结构的不规则性,受力较复杂,在地震作用下易遭受破坏,通常采用减隔震措施对其进行减震控制。现以两座不同曲率半径的曲线折梁桥为例进行减隔震设计研究,基于建立的非线性动力分析模型进行自振特性分析,并通过输入三维地震动作用进行时程分析。研究表明:曲线折梁桥的振动模态具有平扭耦合振动的特点,且曲率半径越小平扭耦合振动越显著;当曲线折梁桥曲率半径较小时,采用双向隔震设计能够很好地控制其地震反应,而曲线折梁桥曲率半径较大时,其地震反应更接近于直梁桥。     

高烈度区非规则连续T梁桥抗震设计研究

结合我国现行公路桥梁抗震设计规范,使用大型通用有限元程序ANSYS,对高烈度地震区一座4跨非规则连续T梁桥分别设置板式橡胶支座和铅芯橡胶支座方案,采用非线性时程分析方法计算结构在E2地震作用下的地震响应,对比分析减隔震与非减隔震方案的桥梁地震响应,并进行桥墩抗震性能验算,总结了铅芯橡胶支座对非规则连续T梁桥的减隔震效果,为同类桥梁的减隔震设计提供参考。     

横系梁对双柱墩混凝土曲线梁桥地震反应的影响分析

为研究地震作用下,钢筋混凝土曲线梁桥中横系梁设置位置、刚度对结构受力的影响规律,以设置2道横系梁的双柱墩曲线梁桥为背景,考虑曲线梁桥的弯扭耦合效应和主梁间的非均匀碰撞效应,运用大型有限元软件ABAQUS建立桥梁的三维多尺度模型,设置6种横系梁位置工况,采用时程分析法分析不同位置横系梁对桥梁主梁、支座和桥墩的地震反应影响。最后,选择上述计算结果中较为合理的工况为背景,进一步研究横系梁刚度对桥梁地震反应的影响。研究结果表明:横系梁位置的变化对地震作用下曲线梁桥的主梁横向位移、支座受力、墩顶横向位移及墩底扭矩有比较明显的影响;横系梁沿墩柱较为均匀地分布时,对桥梁地震反应行为最为有利;适当地提高横系梁刚度可以减小桥梁的地震反应。     

大跨度小半径曲线箱梁桥地震响应分析

针对大跨度小半径曲线梁桥轴向变形、平面内弯曲、竖向挠曲与扭转同时存在,较普通梁桥受力性能复杂,在地震作用下容易出现事故的特点,以某实际工程快速路高架为背景,对这段高架中的L14联(38+70+38 m,位于半径R=100 m圆曲线上)的大跨度小半径曲线预应力混凝土连续箱梁桥进行三维实体建模;利用有限元分析理论,对三维实体模型进行模态分析,研究其动力特性和一维与多维地震激励响应,并将二者结果进行对比分析。结果表明:大跨度小半径曲线梁桥地震激励下,弯扭耦合作用极为明显,对横桥向地震激励最为敏感,其更容易发生桥梁侧翻、支座脱空、横向滑移、扭转翘曲等严重桥梁病害,在设计施工都需着重注意。     

曲线PC箱梁桥隔震体系的非线性分析

为了改善曲线PC箱梁桥的抗震性能,基于空间有限元法,采用非线性弹簧单元模拟铅芯橡胶支座,考虑了减隔震支座的非线性特性,以一座三跨曲线PC连续箱梁桥为例,分别对设置板式橡胶支座及铅芯橡胶支座的结构体系进行了非线性动力时程地震响应分析,并研究了铅芯橡胶支座在曲线梁桥中的减隔震效果.分析结果表明:铅芯橡胶支座具有很好的减隔震效果,能显著降低下部结构的地震响应值;多维地震荷载作用下,曲线箱梁桥的受力更为不利.     

曲线桥梁抗震性能研究

为研究曲线梁桥地震作用特性,以一座8×20m预应力混凝土连续板梁桥为例,比较了平曲线半径分别为!、800m、400m、200m的曲线桥的地震反应。通过研究认为,在地震动特性不同的地震输入下,对于采用板式橡胶支座的曲线桥的地震响应的变化,以及地震作用下的作用力的分配均表现出相类似的规律。随着曲率半径的逐渐减小,曲线桥较强的弯扭耦合作用逐渐突显,在竖向地震作用下梁体弯曲产生的ω(z)将会导致梁体的扭转角φ(z),从而导致框架式桥墩墩底轴力的变化。随着曲率半径的减小,空间耦合作用逐渐增强,设计时需引起重视。     

弯扭耦合效应下混凝土桥墩的抗震性能

为了研究地震作用下压弯剪扭耦合作用对桥梁中墩梁固结墩的影响规律,进行了7根压弯剪扭耦合作用下钢筋混凝土桥墩的拟静力试验,确定了桥墩的不同破坏模式,给出了桥墩的剪力-位移和扭矩-扭转角滞回曲线和骨架曲线,分析确定了扭弯比、长细比、纵筋配筋率和箍筋配筋率等参量对桥墩弯扭耦合抗震性能的影响。基于理论分析和拟静力试验,给出了四线式剪力-位移骨架曲线和三线式扭矩-扭转角骨架曲线的理论模型。研究结果表明:理论骨架曲线和试验曲线吻合较好;理论模型揭示了钢筋混凝土桥墩弯曲和扭转的关键影响因素及耦合效应,其中剪力-位移理论骨架曲线主要取决于桥墩破坏截面的弯矩-曲率关系,扭转承载力主要来自于混凝土和箍筋2个部分,墩顶扭转角可以根据混凝土桥墩的弹性扭转角和扭转塑性铰的扭转角叠加计算;弯扭耦合效应会造成混凝土桥墩抗震性能发生明显的变化,较大的扭转效应会使桥墩在达到最大抗弯性能前发生破坏,而弯曲效应会大幅降低桥墩的抗扭承载力;随着长细比的减小,最大剪力增加,极限位移减小,最大扭距基本不变;纵筋率主要影响混凝土桥墩的抗弯承载力,对抗扭性能影响不明显,箍筋率主要影响桥墩的抗扭性能;工程中应采用考虑弯扭耦合的方法进行抗震设计。     

曲线连续梁桥抗震支座减震效果分析

减隔震技术能够有效地改善桥梁在地震力作用下的结构响应,提高桥梁结构整体抗震性能。该文以高烈度泉州地区多跨预应力混凝土连续曲线桥为分析对象,通过有限元软件建立三维有限元模型,采用非线性时程分析方法,对桥梁结构进行地震响应分析。对比分析非抗震支座设置模型与铅芯橡胶支座、高阻尼抗震支座设置方案,比较桥梁是否采用抗震支座时桥梁结构的地震响应效果。结果表明:抗震支座能够有效改善控制截面内力,减小地震力作用效果,提高桥梁结构抵御强震冲击的能力。     

寒区近海混凝土桥梁性能衰退机理与损伤行为评估方法

受到周期性潮汐变化的影响,中国寒区近海混凝土桥梁长期遭受海水冻融及多种耦合腐蚀作用,这严重影响了桥梁的服役性能与使用寿命。为了准确预测桥梁的性能衰退规律,针对桥梁所处环境,分析了桥梁结构的性能退化机理,并借助近场动力学方法在多尺度方面的优势,利用MATLAB-ABAQUS联合仿真方法建立了桥梁劣化损伤预测与评估方法。在此基础上,从混凝土海水冻融损伤出发,考虑温度分布特性、临界饱和度模型、孔隙结晶规律与孔隙压力理论,结合不同孔隙的结晶温度与孔隙累积,通过孔隙变形加载方式建立混凝土微观尺度的冻融循环数值模拟计算方法。随后,根据混凝土微观尺度冻融损伤的计算结果,建立考虑冻融损伤分布的RC桥墩等效数值模拟计算方法。最终,设计制作了RC桥墩节段,进行了海水环境下RC桥墩的冻融循环试验,并利用超声层析成像技术,得到RC桥墩的海水冻融损伤分布。试验与计算结果表明：通过与超声层析成像试验结果的对比,混凝土微观尺度计算模型可以很好地模拟冻融循环过程中孔隙累积与孔隙转化引起的混凝土冻融损伤行为;受到温度分布与相对饱和度的影响,当冻融大于50次后,试件出现明显的冻融损伤界限（冻融深度）,且随着冻融次数的增加,冻融深度的增速呈现先增大后减小的趋势。除此之外,等效计算模型的滞回曲线计算结果与试验结果吻合较好,随着冻融次数的增加,RC桥墩的峰值荷载逐渐减低,海水冻融对RC桥墩力学性能的影响极为严重,且建立的计算方法很好地预测了海水冻融作用下RC桥墩的力学性能退化。     

小半径曲线桥抗扭性能静载试验研究

曲线桥梁的"弯一扭"耦合作用,往往使得小半径曲线梁桥产生翘曲、滑移现象,直接影响到小半径曲线桥梁的安全运营.为了讨论和验证曲线桥的抗扭性能,我们对绥芬河市通天路小半径曲线桥进行了抗扭性能静载试验,通过在桥梁支点和跨中埋设的应变传感器和位移传感器,对支座抗扭性能和主梁抗扭性能进行了测试,通过试验可知,实测值在理论值的允许范围之内,两者吻合较好,采用该方法能够很好地模拟小半径曲线桥的抗扭性能,且试验方法方便、可靠,是一种测试小半径曲线桥支座抗扭性能和主梁抗扭性能的理想方法.     

曲线桥梁弯扭耦合减震半主动控制分析

理论研究与震害经验表明,地震时曲线桥梁会产生弯扭耦合振动。为了减少弯扭耦合的地震反应,提出了利用压电摩擦阻尼器进行曲线桥梁地震反应半主动控制的方法,建立曲线桥梁空间有限元模型,在桥台支座部位设置半主动控制阻尼器,在不同地震波入射角情况下分析了半主动控制算法的减震效果。结果表明,半主动控制界限Hrovat最优控制算法能有效地减小曲线桥梁地震反应,其控制效果优于简单Bang-bang控制算法,而始终提供最大阻尼力的被动控制方法会增大桥梁地震反应,并不是被动控制阻尼力越大越好。     

基于APDL的车-连续曲线梁桥耦合系统建模及动力学分析

随着公路等级、行车速度以及汽车载重等的不断提高,汽车-桥梁相互作用问题越来越突出.在车-曲线桥耦合动力系统中存在"弯-扭耦合作用",使得曲线桥的动力学分析相对复杂得多.基于APDL语言采用位移耦合法建立了车-曲线桥耦合系统有限元模型,并与已有文献对比验证了该方法的正确性.以一座5跨连续曲线箱梁公路桥为例,计算了该桥在车辆荷载作用下的动挠度响应,并分析了偏载、车速、离心力对连续曲线梁桥各跨跨中截面动挠度和动力冲击系数的影响.     

基于能力需求比法的矮墩大跨度PC连续梁桥延性和减隔震设计评价

针对墩身刚度差异明显的大跨度连续梁桥合理抗震体系选择的问题,以一座跨径布置为(90+150+90)m的矮墩变截面PC连续梁桥为工程背景进行分析.对比分析了在E2地震下采用延性抗震体系和利用摩擦摆支座的减隔震体系下桥梁关键构件的地震响应,然后运用能力需求比法对两种抗震设计下桥梁安全状态进行评价.结果 表明:采用延性抗震体系,制动墩承担较大地震力,桥墩虽保持弹性,但桩基和支座破坏,桥梁处于危险状态;利用摩擦摆减隔震支座进行减隔震设计,各墩地震水平力分担均匀且地震水平力有效减小,墩柱处于弹性状态,桩基和支座完好,桥梁处于安全状态.对于墩身高度矮,墩身刚度差异显著的大跨度PC连续梁桥,设置摩擦摆减隔震支座,可以改善结构抗震性能,满足桥梁在地震作用下的性能目标.     

混凝土弯斜梁桥双向规则性参数判别和抗震近似计算方法

从抗震设计反应谱理论角度,通过改变地震动的输入方向,引入抗侧力桥墩的相对墩底剪力比参数来判别混凝土弯斜梁桥的横桥向和纵桥向规则性,探讨了圆心角、曲线半径、跨径、跨宽比和跨高比等结构参数变化对混凝土曲线梁桥双向规则性地震行为的影响规律,以及斜交角、跨径、跨宽比和支承刚度等主要结构参数变化对混凝土斜交箱梁桥双向规则性地震行为的影响规律,由此建立了混凝土曲线梁桥和斜交箱梁桥双向规则性参数化的划分标准。并通过回归分析,提出了E1水平地震作用下适用于严格规则和近似规则混凝土弯斜梁桥地震力的近似计算方法。算例验证表明,抗震近似计算方法结果具有较高的精度。     

基于改进条件边缘乘积法的桥梁系统地震易损性分析方法

桥梁结构是由多种不同类型的构件按照一定的逻辑关系构成的结构系统。既有桥梁易损性分析中,通常基于构件的易损性曲线来评价整个桥梁系统的抗震性能。实际运营中的桥梁,在地震作用下,不同构件间相互影响,发生组合破坏将会增加桥梁系统整体失效概率。因此,将桥梁结构作为整体进行易损性分析能够更好地评估实际工程的抗震性能,弥补了既有分析方法的不足。以一座三跨预应力混凝土连续T梁桥为易损性分析对象,结合桥墩和支座两类构件的地震破坏,分别采用界限估计法、改进的条件边缘乘积法建立了算例桥梁系统易损性曲线。结果表明:界限估计法易受各失效模式排列顺序和相关性的影响,稳定性较差;改进的条件边缘乘积法,作为结构系统失效概率的一种近似求解法,解决了在多个失效模式并存下,结构系统可靠度问题中多维标准正态累计分布函数近似求解问题。后者计算精度较高,易于实现,适用于失效模式较多的复杂桥梁系统,具有一定的工程使用价值,为桥梁系统地震易损分析提供了借鉴参考。     

既有混凝土梁桥抗震性能评价

针对既有混凝土梁桥抗震性能评价尚无规范可循的现状,结合正在实行的《公路桥梁抗震设计细则》（JTG／T B02－01－2008）以及《公路桥梁抗震性能评价细则》（征求意见稿）,对相关规定对比分析,明确既有混凝土梁桥抗震性能评价方法。根据桥梁的重要程度、建造年代、设计标准等确定抗震性能目标;对桥梁进行调研,针对构造措施、构造细节等进行一级评价;对关键构件进行详细的抗震能力评价,依据结构形式、材料实际强度等,对其整体抗震性能进行二级评价;综合评价结果,针对存在的问题提出解决建议。将该方法应用于京沪高速公路某混凝土梁桥,得出该桥总体抗震性能不满足要求,建议优化支座布置方式及更改支座型号,或采取减隔震措施。应用实例验证该评价方法思路清晰、步骤明确、便于应用。     

桥梁小型监测系统在某曲线梁桥的应用与数据分析

相比直线梁桥,由于受力情况的不同,曲线梁桥最突出的病害是因为存在明显的"弯-扭耦合"而造成的爬移现象,严重影响了桥梁的结构安全。基于曲线梁桥的结构特点和病害发展规律,构架了一套小型化、经济化和智能化的监测管理系统,对曲线梁的重点参数进行"实时监测和有效预警",并应用于某曲线梁桥的位移长期的跟踪监测。通过对数据的累积与分析,得到了一些有意义的结论,对管养单位和检测单位对桥梁运营安全控制具有一定指导意义,同时也为桥梁设计理论和设计方法的改进提供最直接的信息。     

不同地震烈度下隔震连续梁桥模型振动台试验

为了研究在不同地震烈度下不同类型场地的隔震连续梁桥结构的振动特性和隔震效果,根据一座在建的两跨隔震梁桥,按1/10的比例设计了一座两跨隔震梁桥模型及试验用方形铅芯橡胶支座,并对其力学性能进行试验;在此基础上对梁桥结构模型进行了地震模拟振动台试验。结果表明:地震动的幅度和频谱成分、场地类别、地震烈度、断层等因素对隔震桥梁体系的隔震效果有很大影响;输入不同地震波和不同加速度峰值,小震时铅芯橡胶支座水平刚度较大,结构较稳定,大震时铅芯橡胶支座水平刚度较小,支座恢复力-位移滞回曲线面积较大,可以较多地耗散地震输入能量,减小能量向桥梁上部结构的传递。     

南宁五象大桥抗震性能及减震隔震研究

针对南宁五象大桥施工图阶段主桥和引桥设计进行抗震性能及隔震减振研究。基于大型结构计算软件SAP2000,建立五象大桥模型,根据反应谱法和线性时程分析法分别研究桥梁在E1、E2地震波作用下和两种方向组合地震下的动力特性;通过验算计算结果,得到桥梁结构的薄弱位置;对于强度无法满足抗震规范要求的薄弱部位,采用减隔震的方法对大桥进行改进,并验算其在非线性时程抗震分析方法下的计算结果,验算结果表明:所有墩、桩截面均能满足抗震强度需求。