近、远场地震下深水桥梁地震响应特性研究

以深水大跨连续刚构桥为分析对象,建立墩-水相互作用的有限元模型,研究动水压力对桥墩地震响应的影响,对比分析了近场、远场地震作用下动水压力对深水桥墩地震响应的影响规律。结果表明:随着水深的增大,桥墩结构的自振周期有所增大;同时考虑桥墩内、外域水的结构自振周期的增幅大于仅考虑外域水;附加质量比越大,动水压力对结构自振周期及结构动力响应影响越大;随着水深的增加,近、远场地震作用下桥墩地震响应值均有增加的趋势,但近场地震作用下桥墩结构的地震响应明显大于远场;近场地震作用下动水压力对桥墩地震响应值的影响大于远场地震,并且随着水深的增加,差异越明显。     

公路矮塔斜拉桥自振特性分析

通过对某公路矮塔斜拉桥进行有限元分析,得出该矮塔斜拉桥的自振特性。同时分析桥梁成桥状态不同结构体系,桥塔、桥墩刚度,斜拉索刚度等因素对桥梁自振特性的影响,并进行对比分析。     

基于流固耦合方法的深水桥墩地震响应分析

该文以深水桥墩为研究对象,采用FSI考虑水对桥墩地震响应的影响,分析比较了不同水深、不同水域面积以及不同壁厚情况下流固耦合作用对桥墩地震响应的影响。得出考虑墩水耦合作用不仅增大了墩底地震响应的最大值,并且使墩底响应最大值发生的时刻也有所改变;随着水深的增加,流固耦合作用对墩底响应的影响增大;随着壁厚的增大,流固耦合效应对空心桥墩墩底地震响应的影响逐渐减小。     

年温差对采用拉索减震支座斜拉桥抗震性能影响分析

通过建立六塔斜拉桥的有限元分析模型并考虑温度改变引起的不同支座位移的各种工况,对多塔斜拉桥结构地震响应影响进行温度敏感性分析。研究表明,拉索减震支座能够在小幅度提高墩底剪力的前提下有效减小地震作用下墩、梁之间的相对位移。年温差作用引起的支座位移会导致多塔斜拉桥各桥墩的抗震需求差异明显,出现部分桥墩内力过大,而其他桥墩的抗震能力未能得到充分利用的情况。随着年温差的增大,各桥墩上的地震剪力分配越不均衡,部分桥墩受力不利的情形亦更加严重。     

行波效应对深水桥梁地震响应的影响

以深水连续刚构桥为研究对象,采用Morison方程计算动水压力,从频谱、水深、结构周期3个方面考虑行波效应对深水桥梁进行地震响应分析。研究表明:动水压力对深水桥墩地震响应的影响随着波速的不同而变化,并且考虑行波效应时,动水压力对深水桥墩地震响应的影响还与地震波的频谱特性及计算的项目有关;考虑行波效应计算动水压力对深水桥墩地震响应的影响程度跟水深和结构固有周期有关。由此得出结论,大跨度深水桥梁地震响应分析应合理地考虑行波效应和动水压力。     

变截面椭圆形独塔斜拉桥塔-梁结合段模型试验研究

为了解某变截面椭圆形独塔斜拉桥的桥塔-主梁结合段的静力学性能,建立了塔-梁结合段1∶8缩尺试验模型,采用大型地震荷载模拟加载装置对缩尺模型进行了竖向偏心加载试验。通过模型试验与有限元模拟相结合,研究了塔-梁结合段钢板、塔内混凝土和PBL剪力键的应力分布以及受力情况。研究表明:在1.7倍等效设计荷载作用下,该斜拉桥的塔-梁结合段处整体应力水平较低,混凝土竖向正应力约为11MPa,PBL剪力键的贯穿钢筋承受的最大弯曲应力为63MPa,钢板承受的最大压应力为227 MPa。研究成果揭示了该变截面椭圆形桥塔斜拉桥的塔-梁结合段在设计荷载作用下的静力学特性,为该类桥塔的设计提供了参考依据。     

自锚式悬索桥地震响应分析

为了研究自锚式悬索桥的地震响应规律,首先根据桥址场地特征确定目标反应谱;其次基于傅里叶变换和小波函数法得到与目标谱一致的人工合成地震动;最后将人工合成地震动作为悬索桥有限元模型中地震动输入,基于非线性有限元软件SAP2000进行非线性动力时程响应分析.结果 表明:桥塔塔底的弯矩和剪力响应大小与相邻跨的桥墩数量相关,桥墩数越多,桥塔的弯矩和剪力越大(增幅超5％);不同桥塔顶部位移响应规律相似,但极值处的大小和相邻跨的桥墩数相关.相邻桥墩数量多的1号塔位移最大值比2号塔的位移最大值小0.44％.即塔桥相邻的桥墩数量越多,其内力响应越大,位移响应越小.使用的优化人工地震波对应的反应谱与设计反应谱的最大误差为9％.此研究结论可为大跨度悬索桥的抗震设计提供参考.     

近断层多脉冲地震动作用下斜拉桥地震响应特征分析

为确定近断层多脉冲地震动的水平最强能量方向对大跨斜拉桥地震响应的影响,以港珠澳大桥青州航道桥(主跨458m双塔双索面钢箱梁斜拉桥)为背景,采用LS-DYNA程序建立全桥有限元模型,将利用多脉冲小波分析方法提取的地震动(PS类,对应水平脉冲能量最大方向上的地震动)和相应的原始记录地震动(RS类,对应地震动2个水平分量中峰值加速度较大的分量)分别沿顺桥向输入,分析桥塔、桥墩、斜拉索的位移和内力响应特征。结果表明:PS类地震动作用下,该桥塔顶纵向位移和墩顶纵向位移特征值比RS类地震动作用下分别提高35%、23.53%,塔底横向弯矩、墩底横向弯矩、墩底纵向剪力特征值比RS类地震动作用下分别增大6.92%、5.79%、14.16%;2类地震动作用下,塔底纵向剪力和斜拉索索力特征值相差不大。     

多跨斜拉桥双钢管-混凝土组合结构桥塔静力与抗震研究

为研究双钢管-混凝土组合结构桥塔在多跨斜拉桥中的应用,以一座7塔8跨斜拉桥模型为背景,对双钢管-混凝土组合结构桥塔的静力及抗震性能进行分析.采用极限状态设计法检验桥塔的安全性,在中等强度地震波和超强地震波作用下,通过比较桥塔横梁处主梁在纵向可移动连接、线弹性连接及双线弹性连接3种支承条件下的地震响应评估桥塔的抗震性能.分析结果表明:隔跨布置活载引起的主梁及桥塔弯矩大于满跨布置荷载引起的主梁及桥塔弯矩;桥塔越高产生的位移和弯矩越小;塔顶响应和塔底弯矩在可移动支承条件下最大,在双线弹性连接条件下最小.双钢管-混凝土组合结构桥塔适用于多跨斜拉桥,主梁与桥塔横梁处采用双线弹性连接方式,桥塔的抗震性能最好.     

大跨度矮塔斜拉桥动力特性研究

通过对常山矮塔斜拉桥进行有限元结构分析,计算出该桥自振特性并进行分析研究;同时通过修改主梁、主塔及主墩的连接方式来模拟不同结构体系矮塔斜拉桥,并对三种不同结构体系矮塔斜拉桥的动力特性对比分析;对地震作用下内力最大的4号桥墩底截面,采用加州大学伯克利分校开发的UC-Fyber桥梁抗震屈曲分析专用软件对其屈曲承载力进行了验算。     

行波效应对大跨度斜拉桥地震反应的影响

为研究大跨度斜拉桥地震反应特性及行波效应对其影响,以某大跨度斜拉桥为例,依据D'Alembert基本原理,采用动态时程法计算结构动力位移和内力.选用2条不同频谱特性地震波,考虑不同视波速对大跨度斜拉桥地震反应的影响,重点研究行波效应对大跨度斜拉桥的地震反应影响,并与一致激励地震反应结果进行比较.结果表明:随着视波速的增大,各桥塔塔底内力、塔顶位移以及墩底内力的地震响应值有显著变化且趋近于一致激励地震响应;行波效应对主梁顺桥向轴力和塔顺桥向剪力有显著影响;在地震波加速度峰值(0.40g)相同的情况下,由于各条波之间频谱特性的不同,不同视波速输入下结构的地震反应存在一定的差异.     

独塔单索面斜拉桥抗震性能分析

独塔单索面斜拉桥作为一种新兴桥梁体系,多采用塔、梁、墩固结,在降低桥梁施工难度的同时,加大了固结区域构造和力学性能的复杂性。针对塔梁墩固结体系独塔单索面斜拉桥力学行为的特殊性,采用有限元软件建立了某独塔单索面斜拉桥空间有限元模型,在分析其自振特性的基础上,利用反应谱法研究了该独塔单索面斜拉桥的抗震性能。结果表明:该桥桥塔横向刚度相对较小,自振特性分析中最先出现桥塔横向的振动,在地震峰值加速度0.20g作用时,主梁、斜拉索、桥塔等构件的应力和位移等均在合理范围内,设计满足抗震性能要求。     

柳州白沙大桥主桥设计

柳州白沙大桥主桥为主跨2×200m的单塔双索面斜拉桥,刚构体系。主梁采用正交异性钢桥面板流线型扁平钢箱梁,梁高4m、宽38m。桥塔采用钢结构空间Q形塔,塔高108m,为反对称结构。桥塔塔底通过剪力钉和PBL剪力键与混凝土塔座及承台锚固。全桥共布置60根斜拉索,按空间双索面布置,梁上索距12m、塔上索距3m。斜拉索锚固,塔端采用钢锚箱方式,梁端采用锚拉板方式。边墩采用花瓶形框架式桥墩,桥塔墩与边墩均采用分离式矩形承台、钻孔灌注桩基础。为控制成桥线形,并保证施工期间的通航,该桥主梁采用顶推法架设。采用空间有限元程序MIDAS Civil对该桥进行结构静力计算,计算结果显现出成桥阶段主梁横弯、运营阶段主梁刚度偏小的反对称结构受力特性。     

芜湖长江三桥3号桥塔墩设置沉井基础设计

芜湖长江三桥为主跨588 m的非对称矮塔斜拉桥,其3号桥塔墩处水深约25 m,水下岩石直接出露,弱风化岩层厚4～9.5 m,其下为单轴抗压强度75 MPa的微风化岩石。从结构受力、施工便捷及经济性等方面,对桩基础和设置沉井基础2种基础型式进行比选,由于设置沉井基础受力明确、施工便捷、工期较短、经济性较优,推荐采用。对设置沉井基础的结构形式、基础底面高程、顶面高程及盖板与井壁的连接方式进行研究,确定3号桥塔墩设置沉井基础选择钢结构形式,基础顶高程-5.5 m、底高程-25.0 m,基底置于微风化闪长玢岩中,沉井盖板与井壁采用PBL剪力键与剪力钉连接,设置沉井基础为圆端形,平面尺寸为65 m×35 m,高19.5 m,平面分为21个井孔。对设置沉井基础施工期、运营期及船撞、地震特殊荷载工况下的结构受力进行检算,结果表明各工况下结构受力均满足要求。设置沉井基础解决了深水裸岩建设条件下常规桩基础施工困难的问题,开拓了新型深水桥梁基础型式。     

重心高度对不同体系斜拉桥地震响应特性影响研究

针对目前关于重心高度对不同体系斜拉桥地震响应特性的认识还不够全面这一现状,以某斜拉桥为例,分别建立飘浮体系和纵向固结体系有限元模型,通过改变下塔柱高度的方式改变斜拉桥的重心高度,分析重心高度对斜拉桥地震响应的影响规律。研究表明:随着斜拉桥重心高度的变化,存在纵向固结体系中塔底截面弯矩和剪力响应同时小于飘浮体系的情况;当重心较低时,纵向固结体系下塔底截面的剪力响应大于飘浮体系的剪力响应,但下塔底截面弯矩响应却一直小于飘浮体系的弯矩响应;而对于关键点位移响应,纵向固结体系明显小于飘浮体系,重心高度越低,这种优势越明显。因此针对具体斜拉桥应具体分析,以便选择合理的结构体系,提高其整体抗震性能。     

预制拼装桥墩墩底隔震数值模拟及隔震影响因素分析

为了解墩底隔震技术在预制拼装桥墩中的隔震效果,基于OpenSEES软件,建立墩底设置铅芯橡胶支座的预制拼装桥墩纤维模型,选取3组不同强度、不同特性的地震动作为地震荷载,对桥墩进行非线性动力时程分析计算。通过分析桥墩模型在不同强度、不同特性地震动激励下的墩顶位移、墩底剪力、塑性铰节段内力、自振特性,对隔震效果进行评估;并研究了桥墩塑性变形和支座大变形对隔震效果的影响。结果表明:墩底隔震体系适用于预制拼装桥墩,采用墩底隔震可有效降低桥墩的地震响应,延长桥墩自振周期;受到预应力筋牵拉的影响,墩底隔震并不能减小桥墩底节段的内力,无法改善其在震后底节段受损严重的情况,隔震时应予以考虑;桥墩塑性变形增大和隔震支座大变形均可限制隔震支座隔震性能的发挥。     

长周期地震动作用下斜拉桥粘滞阻尼器减震分析

为研究长周期地震动作用下非线性粘滞阻尼器对大跨径斜拉桥减震效果的影响,以某主跨为926m的双塔斜拉桥为背景进行分析。采用ANSYS建立全桥三维有限元模型,粘滞阻尼器的计算模型采用Maxwell模型,以TCU026(NS)波进行地震动输入,分析在不同的粘滞阻尼器速度指数α与阻尼系数C的组合下,斜拉桥的位移、内力响应及阻尼器的阻尼力情况,并采用二元参数拟合的方法对响应结果进行处理。结果表明:设置非线性粘滞阻尼器能够有效地减小长周期地震动作用下大跨径斜拉桥关键节点的位移;不同的粘滞阻尼器参数组合对斜拉桥结构内力响应影响较大,合理的参数组合能将桥塔塔底剪力的增长幅度控制在可接受的范围内,同时保证塔底弯矩无明显增大现象;在长周期地震动作用下,背景桥梁粘滞阻尼器理想的参数组合为α=0.4、C=2 000kN·(m/s)-0.4。     

混凝土斜拉桥П形截面主梁弯曲受力分析

为了研究混凝土斜拉桥П形截面主梁的弯曲受力特征,指导П形截面主梁的设计,以某跨径组合为(110+220+110)m的双塔四索面预应力混凝土斜拉桥为例,采用有限元软件分别建立全桥整体杆系单元模型与桥塔附近主梁节段实体单元模型,对其П形截面主梁的弯曲受力情况进行了计算分析,并通过截面剪力滞系数来描述剪力滞效应的影响。结果表明,最不利组合荷载作用下,塔底主梁节段在桥轴线处上拱,П形截面主梁两侧肋板下挠;预应力对横梁的作用明显,横梁产生向上反拱;主梁在计算荷载作用下除应力集中点外,全截面受压;塔根部主梁截面的剪力滞较为显著,剪力滞系数介于0.68~1.12之间;其它截面的纵向应力分布相对均匀,剪力滞系数介于0.81~1.12之间。对于П形截面主梁斜拉桥,塔根部附近主梁节段在设计时必须考虑剪力滞效应的影响,其它位置截面可以按照初等梁理论进行设计。     

日本多多罗大桥景观设计

在斜拉桥的梁、索、塔三要素中，桥塔对整个桥的景观起着举足轻重的作用。简要介绍了多多罗大桥设计的基本情况，着重介绍了桥塔、斜拉索、桥墩的景观设计及其涂装等。     

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。