考虑支座摩擦滑移的高墩弯桥地震响应分析

为研究高墩弯桥在考虑支座摩擦滑移后地震响应的特点和规律，采用Midas civil软件建立了2联连续弯桥有限元模型。基于板式橡胶支座的双折线恢复力模型，研究了支座剪切刚度对地震响应的影响规律。研究结果表明：考虑支座的摩擦滑移效应后，墩顶最大位移减小了5.5%，墩底最大弯矩减小了4.7%，墩底最大剪力增大了27.1%；随着支座剪切刚度的增加，墩底弯矩和墩顶纵向最大位移先增大后减小，墩底剪力和梁体纵向最大位移逐渐减小。     

速度锁定支座在中新生态城故道桥上的应用

以中新天津生态城中生大道跨蓟运河故道桥为工程背景,介绍了速度锁定支座对桥梁纵向抗震性能的影响.利用Midas/Civil软件对该桥进行了非线性时程分析,分别计算了设置普通盆式橡胶支座和设置速度锁定支座时桥梁结构的动力响应,计算中考虑了桩土相互作用.结果表明：速度锁定支座能够使活动墩与固定墩一起抵抗地震作用,固定墩墩顶剪力大幅减小;速度锁定支座使固定墩墩底弯矩明显减小,其最大弯矩几乎减小了一半,大大减小了固定墩的造价;速度锁定支座使梁端最大位移几乎减小了一半,有效地减小了梁端位移,有利于防止落梁的发生.     

地震动的空间变化对连续刚构桥随机地震反应分析

采用随机振动理论与有限元技术相结合的方法,以基岩随机地震作为输入,对考虑桩-土相互作用的连续刚构桥进行了水平随机地震反应分析;分析行波效应、部分相干效应和局部场地效应对连续刚构桥地震响应的影响;获得了连续刚构桥的墩顶的位移功率谱响应以及各墩墩底的弯矩均方差和功率谱密度曲线.     

地震动的空间变化对连续刚构桥随机地震反应分析

采用随机振动理论与有限元技术相结合的方法,以基岩随机地震作为输入,对考虑桩-土相互作用的连续刚构桥进行了水平随机地震反应分析;分析行波效应、部分相干效应和局部场地效应对连续刚构桥地震响应的影响;获得了连续刚构桥的墩顶的位移功率谱响应以及各墩墩底的弯矩均方差和功率谱密度曲线。     

考虑桩-土相互作用的高架桥抗震性能研究

以一座主跨跨径50 m的典型三跨高架桥为例建立有限元模型,利用ANSYS的二次开发平台APDL进行时程分析,研究墩底固结与桩-土相互作用下桥梁的地震响应。结果表明,考虑桩-土相互作用后,结构的自振频率明显降低,基频降低50%,关键截面的位移和内力变化显著,位移最大变化量接近500%,梁的内力最大相对增幅约45%,在高架桥抗震设计时需考虑桩-土相互作用。     

考虑桩土作用的高墩大跨连续结构几何非线性效应分析

在迅速崛起的西部高原山区高墩大跨桥梁多以百米左右的高墩大跨连续刚构桥为主,其几何非线性问题变得越来越重要。为了研究桩土作用下该结构的几何非线性效应,以西部某高墩大跨连续刚构桥为依托工程,利用大型有限元软件进行了考虑桩土效应的几何非线性施工全过程模拟。对比分析了该类型桥梁在桩土作用下几何非线性效应对结构应力和位移在施工阶段及成桥后的影响程度,并研究了不同墩高情况下几何非线性效应对该类型桥梁的变形及结构内力的影响规律。分析结果表明:几何非线性效应对主梁断面顶、底板应力的影响随着悬臂长度的增加而逐渐增大;考虑比不考虑几何非线性效应的主梁竖向位移值小,且位移曲线平顺连续;几何非线性效应对主梁弯矩和主墩剪力影响较大,且剪力分布的非线性随墩身高度的增加而明显,呈先增大后减小的现象;几何非线性效应对边跨主梁弯矩的影响效应随墩高的增加而减小,对墩顶及中跨主梁弯矩的影响随墩高的增加而增大。为了更好地控制结构应力及线形,建议高墩大跨连续结构在设计及施工控制中应着重计入几何非线性效应的影响。     

考虑碰撞效应的混凝土连续梁桥纵向挡块参数分析研究

以中小跨度典型梁式桥为工程背景,利用有限元软件建立桥梁结构的多尺度模型,基于接触单元理论,提出能考虑碰撞过程中能量消耗的碰撞模型,考虑地震作用下桥梁结构梁体与纵桥向限位挡块间的碰撞效应,对比分析是否设置挡块,以及墩高、碰撞刚度、碰撞阻尼等对桥梁结构地震响应的影响。结果表明:设置纵向挡块之后,过渡墩的墩底剪力和墩顶位移有所增加,但墩梁相对位移大幅度降低,可很好地防止纵向落梁震害的发生;碰撞刚度的增大,会增大墩底剪力和墩顶位移,减小主梁位移和墩顶相对位移,对于与本文分析类似规模的桥梁,建议纵向挡块的碰撞刚度取10~8N/m较合适;纵向挡块的碰撞阻尼对桥梁的地震响应影响相对较小,在设计时可不予特别考虑。     

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。     

超大跨斜拉桥群桩基础多点振动台试验

为研究一致激励条件下大跨度桥梁群桩基础的地震响应,以一座试设计斜拉桥(全长2 672m,主跨1 400m)为原型,设计了1/70的桩-土-桥梁结构全桥物理模型,基于该全桥模型开展群桩基础振动台试验研究。采用微粒混凝土和铁丝制作钢筋混凝土主塔和桥墩,C40混凝土和6mm螺纹钢制作桩基础和承台,质量比为3∶1的砂子和木屑模拟土体。模型包含8组群桩基础,分别支撑过渡墩、辅助墩和主塔。地震波采用人工波Acce100,自然地震波El Centro,Mexico City和Chi-Chi,以研究不同卓越频率地震波输入对大跨度桥梁群桩基础的影响。分析群桩基础的地震反应规律,包括不同桥墩处桩基础的桩身加速度、位移和弯矩。结果表明:因不同位置处群桩基础振动特性不同,相同地震动经各群桩基础传递至过渡墩、辅助墩和主塔底部,产生不同变化,导致不同桥墩或主塔处输入上部结构的激励不同;支撑辅助墩和主塔的群桩基础,桩顶加速度和相对位移随着输入地震波加速度峰值的增加而增加,但峰值加速度放大系数降低。4种地震波中Chi-Chi波引起的各群桩基础桩顶相对位移和桩顶弯矩响应最大;输入地震动为Mexico City波时,过渡墩处的群桩基础桩顶相对位移、加速度峰值放大系数大于辅助墩处群桩基础的相对位移和放大系数,输入地震动为其他3种地震波时,结果相反。     

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.     

独塔双索面斜拉桥抗震性能研究

大跨度斜拉桥在地震力作用下梁体与墩台间较大的相对位移往往导致落梁或者相邻两跨梁体碰撞等震害的发生.该文着重介绍了一种新型拉索减震支座,它能够有效地降低地震下墩梁相对位移值.采用SAP2000通用有限元分析软件建立考虑桩土相互作用的斜拉桥三维有限元模型,分别对墩梁间设置普通盆式支座与拉索减震支座的结构动力响应进行了研究,对比分析了两种工况下墩梁相对位移以及桥墩底部地震力(弯矩和剪力)等的变化规律,表明拉索减震支座能够有效减小地震中墩梁之间的相对位移值.     

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。     

软土场地大直径变截面群桩动力响应特性的研究

为探明软土场地大直径变截面群桩基础动力响应特性，以翔安大桥实体工程为例，应用FLAC 3D软件，构建桩—土相互作用模型，研究在5010、1004以及典型的Kobe波和El-Centro波作用下软土场地群桩加速度、桩顶水平位移、桩身弯矩和剪力动力响应规律。研究发现，覆盖层对地震波具有较强的“滤波”作用；桩端加速度峰值出现的时刻有不同程度的滞后现象，在5010波、1004波、Kobe波、El-Centro波作用下桩端加速度峰值出现时刻分别滞后0.54 s、2.00 s、0.46 s、1.34 s;桩顶加速度、桩顶加速度放大系数和桩身位移峰值在1004波作用时较大，分别为5.30 m/s²、6.84、227.30 mm,桩顶永久位移、桩身弯矩峰值和剪力峰值在5010波作用时较大，分别为50.63 mm、2.38 MN·m、195.55 kN;桩身弯矩峰值和桩身剪力峰值都出现在软硬土层分界面。在桥梁桩基础抗震设计时，应着重关注软土层分界处的抗弯能力和抗剪能力设计，且考虑各种类型地震波作用对桩基的影响。     

高速公路特大桥预应力连续梁桥悬臂施工控制研究

以某一大跨径预应力连续梁桥为对象,通过MIDAS/Civil建立桥梁悬臂施工阶段以及成桥阶段的结构模型,分析桥梁不同工况和不同施工荷载下的位移云图和应力云图,获得桥梁变形特征和应力特征。研究结果表明:悬臂施工段,悬臂端自重横载作用和张拉预应力作用下产生最大累计位移由悬臂根部逐渐增大;由于最大位移相反,因此预应力累计位移能够较好的抵消恒载位移影响;悬臂阶段,主梁最大应力出现在墩梁固结处,主梁应力由墩体位置向合拢段逐渐减小,在合拢处取得最小值;成桥阶段主梁合拢段产生最大应力,由合拢区向墩梁固结处应力逐渐减小,在墩梁处取得最小应力,位移量由合拢处向左右两侧块逐渐增大;中跨合拢60 d后桥面铺装时,最大位移量出现在中跨合拢段;桥梁投运3 a后主梁整体位移表现出不确定性,各块均表现出不同程度的增大或减小。     

高烈度区大跨斜拉桥横向约束方案优化分析

为了确定强震作用下斜拉桥的合理横向抗震约束体系,以可克达拉大桥为工程背景,采用非线性时程分析法,分析了4种横向约束体系即横向滑动体系、全限位体系、位移相关型减震体系和速度相关型减震体系对强震区大跨度桥梁地震响应的影响,重点对钢阻尼器的屈服荷载和黏滞阻尼器的位置及相关参数进行优化分析,并与其他体系的地震响应进行了对比。结果表明:在强震作用下,对于大跨度桥梁,横向滑动体系和全限位体系均不是理想的抗震体系;而在墩、梁之间设置减隔震装置可以显著减少横桥向的墩梁相对位移及地震剪力和弯矩;桥塔底的地震剪力和弯矩对减震装置参数的变化不敏感。     

地震动行波作用下大跨斜拉桥与引桥伸缩缝处碰撞效应研究

以一座典型大跨斜拉桥为研究背景,采用SAP2000Nonlinear有限元程序,考虑地震动行波效应以及主桥-引桥伸缩缝处碰撞效应的影响,建立了桥梁结构三维非线性计算模型,采用非线性动力时程分析法,分析了地震动行波作用下大跨斜拉桥主桥—引桥伸缩缝处碰撞效应对结构地震响应的影响。研究结果表明,地震动行波作用下大跨斜拉桥主桥—引桥伸缩缝处碰撞效应对引桥结构地震响应的影响较大,与一致激励下主桥-引桥碰撞效应相比,不仅会在伸缩缝处激起更大的撞击力,而且会使得两侧引桥梁端位移、主梁-过渡墩相对位移以及固定墩地震响应显著增大,更易导致引桥桥墩破坏或梁体落梁。     

强震作用下嵌岩型群桩基础的动力响应特性

结合强震区桥梁群桩基础工程,考虑桩土惯性相互作用,建立了嵌岩群桩基础三维有限元模型,分析不同加速峰值0.15g～0.60g地震波作用下嵌岩群桩基础的加速度、位移、弯矩、剪力等动力响应。研究结果表明:不同位置桩基弯矩、剪力峰值不同,边桩和中桩较大,角桩较小;弯矩峰值普遍出现在基岩面附近,剪力峰值普遍出现在桩顶和基岩面附近,研究成果为类似嵌岩群桩基础的科学设计提供了理论依据。     

桩-土共同作用对高墩大跨连续刚构桥响应研究

以西部某高墩大跨连续刚构桥为依托工程,基于Winkler地基梁理论,通过建立应用于连续刚构桥的桩-土共同作用计算方法,研究了桩土效应对大跨连续刚构桥的内力和变形的影响,以及墩身高度变化时桩土效应对大跨径连续刚构桥的影响。研究表明:桩土效应对主梁的竖向位移值及弯矩具有显著影响;桩土效应对主梁下挠的影响与墩高的变化近似成线性关系,随着墩高的增加其影响逐渐降低;桩土效应对主梁弯矩的影响效应与墩高的变化近似成线性关系,对矮墩的影响大于对高墩的影响。建议墩身高度百米内的大跨连续梁桥在设计及施工中考虑桩-土共同作用,以保证结构长期内力、变形分布更为合理、安全。     

高陡边坡下桥梁桩基受力与防护设计探析

针对国内西部岩质山区高陡边坡下桥梁群桩基础结构,在承台底部荷载已知的情况下,建立了基于ABAQUS软件基桩的计算模型,通过对高承台群桩基不同特征桩段受力分析,获得基桩桩基顶部内力和承台整体变形。研究结果表明:承台最大水平位移发生在左侧变形体坡脚处,最大综合位移出现在模型承台左侧;基桩最大位移出现在距桩底2/3处桩长处,由于基桩底部嵌固的影响,从桩底向下底延伸,负位移表现出先变大后减小的趋势,最后在桩底位置达到0位移。受桩顶弯矩和剪力的共同作用,基桩顶部产生最小应力。由荷载段到嵌固段,弯矩值由正向转化为负向,在桩底处逐渐变大,并在距桩底10 m处取得最大负弯矩,距桩顶1.5 m处取得最大正弯矩;基桩剪力由桩顶表现出先减小后增加的趋势,基桩整体剪力以桩底12 m呈对称分布,距基桩桩底8 m处取得最大正剪力,最大负剪力出现在基粧变形体下限边界距粧底12 m处。     

风浪荷载共同作用下大跨度刚构桥动力响应规律研究

风浪作用在结构上会对结构产生动力作用,从而影响到结构的内力及响应。为研究风浪作用下大跨度连续刚构桥的动力响应规律,利用通用有限元软件ANSYS建立了刚构桥的有限元模型,并以经典理论为基础,在风浪耦合关系的基础上建立了风场和波浪场的数值模型,此数值模型在抖振力响应的基础上考虑了波浪对风场的影响。对大跨度刚构桥在风浪荷载共同作用下的动力响应结果进行了分析。研究结果发现:对比风荷载、波浪荷载单独作用及风浪荷载共同作用下桥梁不同位置的横向位移响应结果,墩顶位移相对增幅要大于跨中位移相对增幅,波浪荷载作用对桥梁横向位移响应的影响从桥墩到跨中依次减小;对比风荷载、波浪荷载及风浪荷载共同作用下桥梁墩底剪力及墩底弯矩响应结果,波浪荷载作用对墩底横向剪力、墩底纵向剪力、墩底绕横桥向弯矩和绕纵桥向弯矩均有明显影响,波浪荷载作用对墩底剪力的影响很大,对墩底弯矩的影响较大;风浪荷载共同作用并不是风荷载、波浪荷载单独作用下响应的简单叠加,波浪形成时会对风场产生影响,除了随机湍流风速以外,波浪会引起与波浪同步的上方气流速度变化,在风浪场中的风速模拟时,需要考虑波浪对上部气流的影响,因此对横向位移响应影响较大的主要作用为风荷载作用,但并不意味着可以忽略波浪荷载的作用。