地震-波浪耦合作用下考虑相位差影响的深水桥墩动力响应分析

跨海深水桥墩往往受到不可忽视的波浪作用,在设计时需考虑波浪力。在地震作用下,桥墩附近海域的波浪场受到地震动水压力的干扰,波浪作用也受到影响,桥墩的动力响应需考虑两者的耦合作用。另一方面,地震起振时,墩底处地震波的相位可简单视为0,而桥墩处的波浪相位可能在0~2π之间变化,地震与波浪之间的相位差将直接影响波浪作用的大小,进而影响地震-波浪耦合作用。为了研究地震-波浪对深水桥墩的动力耦合作用,并考虑相位差对桥墩动力响应的影响,采用有限元分析软件ADINA建立的组合桥墩的精细化模型及桥墩附近水体的势流体单元模型,以模拟流固耦合作用;分别进行了地震单独作用下、波浪单独作用下以及地震-波浪耦合作用下桥墩的动力响应分析,并考虑了地震动、波高及地震与波浪之间相位差的不同。研究结果表明：地震与波浪间的耦合作用不能忽略,其对桥墩上总动水压力的影响在15%左右;地震与波浪之间的相位差对桥墩动力响应影响显著,当相位差在0~2π之间变化时,最大响应幅值变化接近54%;最不利相位差的取值与地震频率、桥墩水下基频和结构形式密切相关。利用MATLAB软件,提出了最不利相位差的计算方法及其适用条件;提出了耦合作用折算系数,以简化最大动力响应幅值的计算,推动实际工程应用。     

跨海桥梁承台波流力计算方法与合成系数研究及应用

为研究跨海桥梁承台波流力计算方法与合成系数取值的适用性,给跨海桥梁承台波流力计算提供指导,基于承台波浪力和水流力计算理论,以平潭海峡公铁大桥SR54号桥墩为研究对象,通过物理模型试验,得到承台波流力与波浪力、水流力之和的比值(合成系数)。试验结果表明:对于桥梁基础承台波流力最大值可简化地取波浪力最大值与水流力最大值之和的1.04(合成系数)倍,在计算时可忽略桥墩和桩基的影响。将该方法应用于港珠澳大桥、平潭海峡公铁大桥以及某输变电工程电塔基础承台结构波流力计算,结果表明采用该方法的波流力计算值与模型试验值符合较好,具有较高的精度,可推广应用于同类跨海桥梁承台波流力计算。     

Analysis of Random Seismic Response of High-rise Pier Bridge in Mountain Area Based on Site Effect

为研究场地效应对高墩桥梁随机地震响应的影响规律,基于随机振动理论,研究了不同墩高和墩高差时场地效应对山区高墩桥梁在强地震作用下多点激励随机响应规律.对基于ANSYS的随机振动计算理论进行推导并建立三维数值有限元模型,对不同墩高和墩高差的山区高墩桥梁进行不同场地条件下的多点激励随机地震分析.研究表明:场地效应对高墩桥梁地震响应影响显著.软场地条件下,桥墩位移和主梁轴力均较硬、中场地时大;随着墩高的增加,硬、中、软场地效应对主梁轴力影响先增大后减小;随着墩高差的增加,主梁轴力变化规律性不强,成波动性变化;主梁横桥向弯矩对场地效应敏感,软场地时响应是硬、中场地时的5～12倍,靠近高墩处的边跨反应比矮墩处边跨明显;随着墩高差的增加,软场地对主梁弯矩响应放大作用也随之增加.     

基于反应谱法的高墩连续刚构桥地震响应特性分析

以某连续刚构桥为研究对象,借助大型有限元程序,建立了考虑主梁-桥墩、主梁-桥墩-桩基以及主梁-桥墩-桩基-土层的3种不同有限元模型;基于反应谱法,对高墩连续刚构桥的地震响应进行了相应研究。结果表明:考虑主梁-桥墩的有限元模型的自振频率明显高于考虑主梁-桥墩-桩基-土层的;横向地震加速度对连续刚构桥梁体弯矩影响较大,设计时应予以充分考虑;顺桥向地震加速度对梁体轴力影响较小,而横桥向地震加速度对轴力影响相对较大;横桥向地震加速度对梁体剪力影响程度大于顺桥向地震加速度的影响程度,且对梁体横向位移影响较大,但对顺桥向位移影响较小。     

山区大跨连续刚构桥悬臂施工阶段的抗风分析

以卧龙沟3号特大桥为工程背景,采用midas Civil与FEA软件分析,通过流体力学计算方法得出三分力系数与风荷载作用大小;通过3种风载工况加载,对主梁的上部结构与桥墩进行受力性能分析。结果表明:T构最大悬臂状态为计算抗风性能的最不利状态;风荷载作用下,主梁多发生横向挠度与绕桥墩旋转变形;桥墩墩底受力反应敏感,主梁悬臂根部与桥墩墩底均没有出现拉应力,满足使用要求;该抗风分析方法结果可为类似工程提供借鉴。     

连续曲线梁桥顶升纠偏仿真分析方法

本文针对弯梁桥中普遍存在而又极易被人忽视的桥梁偏位问题展开研究。以依托工程——孤山川11号桥(曲线梁桥)为例,对桥梁顶升、纠偏数值模型的建立方法进行了讨论,在此基础上完成了对依托桥梁的顶升、纠偏施工仿真分析。得出了使用位移模拟主梁顶升施工,顶升桥台处主梁截面应力增量与顶升桥墩处主梁截面应力增量差别较大;顶升桥台与桥墩断面主梁时,其截面应力增量规律相似,且小于应力限值等结论。论文所提分析方法从理论上保证了桥梁顶升、纠偏施工的安全性和可行性。     

不同墩高对钢筋混凝土桥梁抗震性能影响

采用MIDAS/Civil软件建立了云南湃街渡大桥的桥梁结构力学模型。对模型的自振特性和动力时程分析进行了研究,分析了不同墩高下桥梁结构振型特征和弹性时程分析,获得了刚构桥下不同桥墩高度的抗震性作用。研究结果表明:墩高越高,则桥梁刚度下降,整体结构越柔软。在前十阶振型中,3个模型均以横弯为主,桥墩较高时易形成平面外弯曲变形;桥墩较低时更多的是表现出横弯和竖弯墩高的整体性改变,且Y方向最易出现失稳;顺桥向和竖向激励下,主梁弯矩随墩高的变化影响较小,而横向激励对主梁弯矩造成很大影响,墩高相同时,由于桥梁横向刚度小于纵向和竖向,因而受横向地震响应较大,是重点考虑区,而竖向地震激励作用更易增加结构的竖向位移和主梁的内力作用;桥梁地震内力最大值通常出现在墩底处,主梁内力最大值出现在中跨跨中或主梁根部。     

混合梁斜拉桥施工阶段的温度梯度效应

在混合梁斜拉桥的施工过程中,温度效应是影响桥梁内力、线形乃至施工安全的重要因素。文章以某混合梁斜拉桥为背景,应用Midas Civil对其施工阶段的相关工况进行了计算分析,分析了钢主梁拼装阶段日照温度梯度对钢主梁、钢主塔应力和变形的影响和规律;钢主梁铺装层高温养护阶段时温度效应对钢主梁应力和变形的影响和规律。研究成果表明:钢主梁拼装阶段日照温度梯度对主梁线形和主塔应力影响显著,桥面铺装高温养护对混合主梁的受力不利;在进行桥梁的设计和施工时,应考虑并采取措施避免或缓解施工阶段温度效应的影响。本研究成果可为类似桥梁的设计和施工提供参考,为完善相关规范条文提供依据。     

大尺度承台结构波浪力计算方法比较

近些年来我国兴建了大量的跨海大桥,波浪力是桥梁基础的重要荷载之一,而基础多采用墩台桩基结构,其中承台尺度较大,关于波浪力计算目前并无统一的计算方法和规范要求,分别采用Morison公式、绕射理论和CFD方法计算不同尺度承台所受波浪力,比较不同方法在计算大尺度承台结构时的适用性,结果表明Morison公式并不适合计算大尺度截断结构,而绕射理论与CFD方法能取得较好的计算结果,特别是结构尺度相对较大时,该研究为桥墩波浪力计算和结构设计提供参考和依据。     

铁路连续刚构桥合龙顶推力分析

针对铁路桥梁合龙大吨位顶推力理论分析及顶推力作用下结构力学性能研究不足,以某4跨连续刚构铁路桥为对象,考虑施工因素、合龙温度、混凝土收缩徐变等对桥墩水平位移的影响,拟合顶推力与桥梁水平位移的关系,推导基于水平位移的顶推力计算公式,并分析顶推力作用下桥梁结构不同阶段变形与受力。结果表明:在桥墩受力不超过规范允许条件下,顶推力与桥墩水平偏位成线性关系;施加计算顶推力下实桥的顺桥向位移与计算值偏差小于5%,公式拟合良好;施加顶推力将增加成桥阶段桥墩的拉应力;施加顶推力运营10年后,大桥的主梁下挠、桥墩顺桥向水平偏位将得到有效控制,桥梁结构安全。     

桥墩遭受船舶撞击的数值模拟法及其动态响应的研究

桥梁防撞结构的设计需要研究桥梁遭受船舶撞击时的动态响应并获得准确的碰撞力.运用LS-DYNA软件建立了1座分离式桥墩模型和1艘3 000 t级的散货船模型来模拟船桥碰撞的过程.为了考虑流体在碰撞过程中的作用,计算时分别以不考虑流体影响、附加质量和流构耦合3种计算模型来分析、比较流体对船桥碰撞响应的影响,并得出以下结论:不同的计算模型的系统能量变化和船舶碰撞力基本一致,流体的存在对碰撞力的影响较小;桥墩的水平位移响应要滞后承台约0.2s,附加质量模型的桥墩和承台水平位移比其余2种模型要略大;附加质量模型的计算结果与流构耦合模型的计算结果基本一致,但附加质量模型具有更高的计算效率,其计算用时仅为流构耦合模型用时的2/5.      

采用设缝双肢墩的多塔斜拉桥温度效应分析

对于塔梁墩固结的多塔斜拉桥刚构体系,为了适应其主梁因温度引起的纵向变形,并减小桥梁结构温度应力,提出新型设缝双肢墩桥墩形式。建立采用整体墩和设缝双肢墩的两种斜拉桥有限元计算模型,分析比较温度作用下,主梁、索塔的位移及主梁与塔墩应力,结果表明在不同的温度荷载组合下,设缝双肢墩多塔斜拉桥主梁和桥墩的位移及应力状况均优于整体墩斜拉桥。分析结果可给设缝双肢墩斜拉桥设计提供参考。     

三维波浪对不同截面形式深水桥墩作用力的数值分析

针对波浪对深水桥墩的作用,不同截面形式的深水桥墩受到同一种波浪参数的波浪力的影响大小各不相同,这就需要对深水桥墩在设计和施工阶段采取有效的应对方法。该文以CFD数值计算的方法为基础,对圆形和方形截面形式的深水桥墩在相同三维波浪参数作用下分别进行了计算,并得到了各自波浪力的大小,数值计算结果表明:圆形墩柱受到的波浪力要小于边长为圆形直径的方形墩柱的波浪力,并且在墩柱自由水面向墩柱底部垂直深度方向的分布上,波浪力逐步减小,在到达某一深度上波浪力减小为0,并在此深度之下保持不变。     

基于CFD方法的大跨高墩刚构桥梁风荷载数值识别

针对峡谷地区典型特大跨高墩桥梁结构风荷载的不确定性问题,采用计算流体动力学(CFD,Computational Fluid Dynamics)方法,对大跨变截面主梁和超高双柱薄壁桥墩的风荷载进行数值识别。研究不同气流攻角对主梁结构风荷载的影响、不同气流风偏角对超高薄壁墩风荷载的影响、考虑尾流干扰效应的双柱薄壁桥墩气动力变化过程。同时,从气流作用微观角度分析了气流对大跨高墩刚构桥梁结构风荷载的作用机理。通过数值计算,为设计人员进行大跨高墩桥梁风荷载的取值提供了参考,对目前我国相关桥梁设计规范的缺陷进行了有效的补充。     

连续梁桥桥墩纠偏顶推受力分析

结合某实桥工程实例,开展了连续梁桥的桥墩纠偏的顶推受力分析研究.通过分析比较,在桥墩安全允许的条件下,可把竖向顶升千斤顶放置在桥墩顶部来顶升主梁,在主梁底部安装纵向和横向复位千斤顶来纠偏.结果表明:考虑了桥墩的纵桥向偏位与横桥向偏位的实际线形的计算分析结果更接近实际情况,为了减小墩顶主梁在顶升时产生的竖向力对桥墩根部产生的弯矩值和墩顶产生的位移值,可调整千斤顶的纵向布置以减小偏心距.     

梁拱组合桥力学性能敏感性分析

梁拱组合桥构造相对复杂,施工过程不确定因素对桥梁线形及受力影响较大。通过建立精细化空间杆系有限元模型,研究预应力张拉误差和混凝土荷载等力学参数变化对结构应力及桥梁线形的影响。分析结果表明:当主梁混凝土自重比设计值大时,主梁顶板压应力减小,底板压应力增大,跨中合龙段附近主梁向上挠度减小;在梁拱组合桥成桥阶段,预应力张拉误差对主梁跨中挠度影响较为突出,梁拱组合桥在最大悬臂阶段预应力误差对桥墩附近主梁的挠度影响相对较小,越靠近悬臂端预应力误差对主梁的挠度影响越大。研究成果可为梁拱组合桥的设计及施工过程提供技术参考。     

钢-混凝土组合梁斜拉桥梁结构的稳定性分析

采用有限元法建立钢-混凝土组合桥梁的结构模型,分析了不同典型施工阶段下桥梁主梁和腹板结构的受力特征,获得了桥梁整体失稳状态。并以桥梁局部失稳状态分析斜拉桥结构的稳定性特征,获得影响斜拉桥稳定性的各影响因素关系。研究结果表明:全桥一阶整体失稳态下的总体稳定系数为7. 7,大于一般计算稳定系数4. 0;桥梁施工状态下,主梁最大应力出现在成桥阶段1 000 d后,桥面板承受最大压应力出现在中跨合拢阶段,均满足规范。对于桥梁主梁腹板,在设计荷载组合作用下,主梁腹板加劲肋局部位置易发生屈曲变形。当轴力/弯矩小于0. 5时,首先在梁段产生横梁侧倾失稳,随着轴力/弯矩比值的增加,由横梁侧倾斜转化为主梁腹板或加劲肋的失稳。     

高桥墩稳定性分析

对桥梁结构中的高桥墩。提出了压曲失稳的计算公式，总结出在考虑支座对桥梁墩顶的作用时，欧拉临界力中μ值的简易计算方法。     

双工字钢组合梁桥偏载扭转效应分析及计算

为了解双工字钢组合梁桥偏载扭转效应对钢主梁应力的影响，并能准确计算其扭转应力，以淮河特大桥引桥为背景，进行有限元及理论计算。采用ANSYS软件建立引桥有限元模型，结合有限元计算结果，理论分析钢主梁跨中及支点处的扭转翘曲正应力和弯曲正应力；研究桥梁跨径、钢主梁高度、桥面板厚度、横梁间距、钢主梁间距等参数对钢主梁扭转效应的影响；提出采用修正系数计算偏载系数及考虑弯扭耦合效应的钢主梁扭转应力简化计算方法，并与有限元结果进行对比。结果表明：偏载作用下钢主梁的纵向正应力大于均布荷载作用，最大超过20 MPa,偏载作用下的扭转效应不能忽略；钢主梁间距对钢主梁翘曲效应影响较大，其余参数影响较小；提出的钢主梁扭转应力简化计算方法与有限元法计算结果偏差较小。     

跨座式单轨交通刚构体系钢轨道梁桥设计参数影响性分析

刚构体系钢轨道梁桥的主梁中支点应力和桥墩配筋率对结构受力及工程造价影响较大,为掌握设计参数对主梁中支点应力和桥墩配筋率的影响程度,采用有限元软件建立3种典型桥梁(等截面3×25m连续、变截面单跨40m门架式及变截面x+80m+x连续刚构体系钢轨道梁桥桥型方案)计算模型,分别计算不同梁高、墩柱尺寸、平曲线半径等参数下主梁中支点应力和桥墩配筋率的变化规律。结果表明:针对主梁中支点应力和桥墩配筋率的影响,等截面连续刚构体系钢轨道梁桥对主梁高度及平曲线半径较为敏感,变截面单跨门架式刚构体系钢轨道梁桥对桥墩尺寸及平曲线半径较为敏感,边跨跨度、中支点梁高、桥墩尺寸及平曲线半径对变截面连续刚构体系钢轨道梁桥的主梁中支点应力和桥墩配筋率的影响较大。