考虑土-结构相互作用的能力谱法在铁路桥梁中的应用

在FEMA440考虑土-结构相互作用的能力谱法基础上,以客运专线双柱式桥墩为研究对象,选取与我国《铁路工程抗震规范》Ⅱ类场地相符合的80条强震记录,并以此得到具有统计意义的弹性反应谱;利用FEMA440改进等效线性化法对其进行修正,得到考虑土-结构相互作用的修正需求谱;进而利用FEMA440性能点轨迹法求解双柱式桥墩延性需求及性能点,并与80条强震记录非线性时程分析计算结果的平均值进行比较,验证将考虑土-结构相互作用的能力谱法应用于铁路桥梁工程抗震性能评估的可行性。     

约束条件对山区高墩桥梁地震易损性的影响

以一座高墩大跨连续刚构桥为原型,利用OpenSEES平台建立桥梁结构的弹塑性动力分析模型,并基于"谱兼容"的方法从PEER数据库中选择20条地震记录,对比分析在不同约束条件下一致激励和多点激励对桥梁结构易损性的影响。结果表明:墩-梁固结可以对桥墩的过度变形产生限制作用,从而使得强震作用下桥墩具有更好的抗震性能;当约束条件为支座连接时,桥墩在强震作用下更容易发生严重损伤,应使用限位装置;当约束条件为墩-梁固结时,行波效应会对桥墩的易损性产生不利影响,使其发生各级别损伤的概率都增大。     

托换对津滨轻轨桥梁抗震性能的影响分析

以津滨轻轨桥墩托换工程为研究对象,考虑桩-土共同作用,运用ANSYS分析托换前与托换后结构的自振特性,并采用反应谱法和时程分析法计算托换前及托换后桥梁结构的地震反应。结果表明,托换后的桥梁结构基本周期比托换前减小了,地震荷载作用下,桥梁墩底特别是托换桥墩底部的最大剪力值和弯矩值较托换前大幅增加,而墩顶位移最大值则大幅减小,说明托换使得桥梁结构的整体刚度增加了,托换后的桥梁结构体系具有较好的抗震性能。     

地震作用下高速铁路简支箱梁桥横向偏心碰撞反应分析

随着高速铁路的快速发展,越来越多的高速铁路桥梁修建于地震区。我国高速铁路32m简支箱梁桥通常设置型钢挡块作为横向防落梁措施,强震作用下,桥梁上、下部结构由于动力特性的不同而发生不同相振动,从而引起挡块与垫石间的非线性碰撞。本文针对这种横向碰撞现象,建立考虑上部结构与垫石间偏心距、支座非线性和墩柱弹塑性的横向碰撞模型,通过非线性地震反应时程分析,评估防落梁措施的抗震性能,并研究二期恒载、桥墩线刚度、垫块类型及墩柱弹塑性等参数对结构地震响应的影响。结果表明:目前高铁桥梁中采用的防落梁措施对横向限位起到重要作用,强震作用下型钢挡块与垫石之间的碰撞可能引起桥墩破坏,在其间设置硬木垫块可以适当降低碰撞力,有效改善高铁桥梁体系的横向抗震性能。     

基于MPA考虑土-结构相互作用的RC框架抗震性能的研究

采用ATC-40推荐的土集中参数模型,将土-结构相互作用引入MPA分析中,并考虑重力荷载下的P-Δ效应,研究RC框架的抗震性能。利用SAP2000对一10层RC框架分别进行考虑SSI的MPA分析、Accel和Mode1侧向加载模式的Pushover分析以及非线性动力时程分析,进行不同场地类型下结构抗震性能的评估。多遇地震结果表明:考虑SSI的MPA分析最接近时程分析的结果,顶点位移和层间位移角误差分别在10%和20%以内。罕遇地震结果表明:考虑SSI效应后,常规Pushover分析的误差较大,已不能满足精度要求;而考虑SSI的MPA在一定程度上能评估结构的抗震性能。若结构未倒塌,考虑SSI的MPA能较好地估计塑性铰的分布;若结构倒塌,考虑SSI的MPA得到的梁铰分布与时程分析较一致,然而低估了底层柱铰的塑性变形,但不影响对结构薄弱层的判断。     

无砟轨道简支梁桥墩纵向刚度限值研究

研究目的:桥墩纵向刚度合理限值是铁路桥梁设计和轨道设计的关键参数,本文考虑桥上板式无砟轨道多层结构间的非线性相互作用关系,建立简支梁桥-无砟轨道-无缝线路空间耦合模型,分析桥墩纵向刚度对不同跨度简支梁桥上无砟轨道无缝线路纵向力学特性的影响,提出不同跨度简支梁桥的桥墩纵向刚度合理限值。研究结论:(1)简支梁跨度L≤64 m时,桥墩纵向刚度的控制指标为梁轨相对位移值;跨度超过64 m后,钢轨强度成为桥墩纵向刚度的控制指标;(2)铺设常阻力扣件时,32 m、48 m、64 m、80 m和96 m简支梁桥墩纵向刚度限值分别为210 k N/cm、500 k N/cm、700 k N/cm、1 500 k N/cm和2 000 k N/cm;(3)综合考虑结构安全性和工程经济性,对于80 m和96 m简支梁桥,可通过全桥铺设小阻力扣件来大幅度降低桥墩纵向刚度;(4)本研究成果可用于指导无砟轨道简支梁桥的桥墩设计。     

基于能量法的铅芯橡胶支座隔震桥梁设计方法

依据能量平衡原理,建立隔震桥梁系统能量反应方程,将桥墩与铅芯橡胶支座串联,构建隔震桥梁能量反应的双线性分析模型.结合现行<铁路工程抗震规范>,合理选取40条强震记录作为地震输入,对不同周期的隔震桥梁系统进行非线性地震能量反应时程分析.结合铅芯橡胶支座本身的动力特性,给出具有统计意义的适用于Ⅰ类场地的桥梁隔震设计地震输入总能量谱.提出以地震输入隔震桥梁系统的能量达到铅芯橡胶支座的极限耗能作为破坏准则、由地震输入总能量谱得到地震输入能量、隔震度作为隔震目标、隔震支座位移延性比作为限制条件的减隔震桥梁设计方法.     

桩网结构支承路堤土拱效应改进算法

从工程实际出发,对Hewlett土拱效应所考虑的影响因素加以补充,并根据摩尔-库仑强度准则考虑了路堤填土的黏聚力对土拱效应的影响,以及分析水平加筋体与碎石垫层之间的相互作用,建立加筋体与碎石垫层之间相互作用的力学模型,导出水平加筋体的变形受力计算公式;通过分析水平加筋垫层对土拱效应的影响,改进Hewlett算法,推导出桩网结构支承路堤的桩体荷载分担比和桩土应力比公式,并通过具体工程实测数据的对比分析,验证了改进算法的合理性和可靠性.     

动力荷载下钢管混凝土墩柱抗震性能极限分析

为研究钢管混凝土桥墩极限抗震性能，采用Abaqus软件建立圆钢管混凝土桥墩三维实体-壳单元有限元模型。为更准确的描述圆钢管混凝土桥墩的抗震性能退化、震后残余位移变化规律，模型中对混凝土引入裂缝、对钢管引入韧性损伤，进行单向拟静力、单向拟动力、双向拟动力、振动台加载下圆钢管混凝土桥墩抗震性能试验验证。分析结果表明：考虑水平裂缝和钢材韧性损伤影响的钢管混凝土墩柱实体-壳精细有限元塑性抗震计算方法合理，反映循环荷载下钢管混凝土桥墩的滞回曲线“捏拢”效应、塑性大变形阶段承载力退化现象和单、双向动力荷载下钢管混凝土桥墩震后残余位移，也反映钢管混凝土墩柱的界面滑移和约束作用规律；相同地震波作用下全填充钢管混凝土桥墩的地震响应最小，填充混凝土有利于提高桥墩的极限抗震能力。提出适用于双向地震波作用的钢管混凝土桥墩墩顶残余位移与最大位移响应之间的计算公式。     

基于强度折减系数谱的规则桥梁弹塑性地震反应分析方法

选用43次地震中获得的350条地震波,进行单自由度(SDOF)系统的非线性时程分析。运用统计回归方法,得到4类场地上SDOF系统强度折减系数与弹性周期和位移延性比的关系谱。将规则桥梁等效为SDOF系统,提出利用弹性反应谱和强度折减系数谱计算规则桥梁最大弹塑性地震反应的简化方法。等效SDOF系统的恢复力关系通过桥墩塑性铰截面的弯矩-曲率分析确定,并考虑了桥墩基础弹性变形的影响。运用给出的简化方法和非线性时程分析,对32 m铁路简支梁桥在罕遇地震下自振周期及墩顶最大位移进行计算,验证了该方法的有效性。该方法既可用于桥梁结构的抗震设计,也可用于抗震评估分析。     

四线铁路刚架系杆拱桥静动力性能试验研究

以广州枢纽四线铁路主跨160m刚架系杆拱桥为研究对象,对大跨度刚架系杆拱桥进行静动力性能试验,了解结构在荷载作用下的实际工作状态。静载试验选取该桥关键断面进行截面应力、挠度测试,通过有限元软件进行模拟仿真和试验验证,试验结果与理论分析相符;动载试验在列车以不同速度过桥时,对关键截面的横、竖向动力响应进行量测,并与相关规范进行对比,动力响应指标符合相关规范要求。结果表明:桥梁在列车荷载作用下,结构静动力特性良好,具有足够的强度和刚度。     

甬舟铁路桃夭门大桥方案研究与设计

甬舟铁路桃夭门大桥跨越桃夭门水道,根据线形、技术、经济条件比选,最终确定采用经富翅岛与公路桥并行方案,主桥与公路桥对孔布置,一跨跨越通航水域。并对钢-混结合梁斜拉桥和钢桁梁斜拉桥进行多方面比选,推荐采用钢-混结合梁斜拉桥方案,通过对结构进行静力分析、车-桥及风-车-桥耦合振动分析,验证结构的安全性和舒适性。研究结果表明钢-混结合梁斜拉桥适用于高铁桥梁。该桥型将首次应用于高速铁路,将为我国铁路桥梁的设计研究提供借鉴和新思路。     

兰合铁路刘家峡黄河特大桥主桥设计分析

刘家峡黄河特大桥是新建铁路兰州至合作线重点工程之一,该桥位于高烈度地震区,主桥采用(100+180+100)m连续刚构,有效解决了跨越黄河和公路立交问题,另外该桥桥高105m,是一典型的高墩大跨结构,增加了桥梁设计和施工控制的难度。概要介绍主桥梁部及主墩构造尺寸,依照划分的施工阶段进行静力计算,动力计算包括抗震设防水准及地震输入的确定、动力计算模型确定与结构动力特性分析,确定抗震性能目标与验算原则,对关键截面进行了纤维单元划分并进行地震响应及反应谱分析。计算结果显示该桥均能符合规范相关要求。     

渝昆高铁典型连续梁桥地震易损性分析

为评估渝昆高铁典型三跨连续梁桥的抗震性能,基于概率地震需求分析方法对该桥进行理论地震易损性分析.选取渝昆高铁沿线实测地震动记录作为地震输入,考虑桥梁参数的不确定性,采用拉丁超立方抽样方法生成桥梁有限元模型样本库.基于增量动力时程分析方法,通过对桥梁样本库进行非线性时程分析,获得了各构件地震响应峰值,通过峰值响应与地震动...     

基于滑窗子空间算法的桥梁运营状态预警分析研究

以某典型斜拉桥振动台模型试验为研究背景,采用滑窗技术与数据驱动随机子空间识别算法对桥梁运营状态预警方法进行研究。为实现在时域上对桥梁模态参数进行实时跟踪识别,将滑窗技术引入子空间法,提出一种滑窗子空间模态参数识别方法。而后基于滑窗子空间算法识别结果,参考各国高速铁路桥梁相关规范的状态评价指标,提出基于频率值和频率变化率的铁路桥梁运营状态预警方法,实现铁路桥梁的实时状态评估。运用模型试验各工况下的测试数据,对该模型桥的状态进行实时评估和预警分析,并将状态预警结果与模型桥实际损伤情况进行对比分析,验证所提方法的正确性,该方法可直接应用于桥梁结构的运营状态预警分析中。     

砌体墙-钢筋混凝土墙组合结构抗震非线性分析

以砌体墙等效层间剪切非线性分析单元模型为基础,建立了该类结构动力非线性分析计算及该类结构静力非线性pushover分析计算的基本过程,编制了相应的计算机程序。通过与实验分析结果的比较,检验了所提出的动力非线性分析计算方法的准确程度,验证了静力非线性pushover分析方法应用于砌体墙-钢筋混凝土墙组合结构抗震非线性性能评估的可靠性。     

减震榫与榫形防落梁装置应用于高速铁路简支梁桥的简化计算方法

针对应用最为广泛的铁路简支箱梁桥,结合铁路桥梁的抗震设防特点,研发了两种适用于铁路桥梁的新型减隔震装置—减震榫与榫形防落梁。对这两种装置进行长期深入的理论与试验研究,并且将装置在铁路桥上进行少量的工程应用,为装置的大量推广使用奠定了坚实的理论与实践基础。为规范减震榫与榫形防落梁装置的使用,利于装置的推广应用,对两种装置从构造到简化计算方法依次进行详细介绍。首先简要介绍装置的构造、作用机理及力学特性;然后采用非线性反应谱分析方法,对装置应用于铁路简支梁桥抗震设计的简化计算流程及公式进行详述;为加深工程技术人员对简化计算方法的理解与采用,给出了工程算例;由于计算过程涉及到反复迭代计算,为减少计算工作量,开发了计算分析的小程序。     

石济客运专线济南黄河桥正交异性钢桥面板设计研究

石济客运专线济南黄河桥主桥为公铁两用桥,上层的公路桥面及下层的铁路桥面均为正交异性钢桥面板,其除承受桥面局部荷载外,还参与体系受力。对于此类结构,我国规范没有明确规定,本文意对其关键构造进行研究,确保结构受力安全可靠。其公路及铁路桥面板设计符合欧洲规范(BS EN 1993-2:2006)、日本规范及铁路钢桥规范要求,采用的各细部构造抗疲劳性能好,同时,通过数值分析验证了设计的可靠性。此设计符合技术先进、安全可靠、经济合理等设计原则,其构造形式及分析方法可供类似结构借鉴。     

罕遇地震作用下高速铁路简支梁桥抗震性能分析

简支梁桥在高速铁路中占到了极高的比例,其抗震性能值得深入研究。结合西部高速铁路中典型的简支梁桥结构形式,建立不同墩高的高速铁路多跨简支梁桥的全桥空间分析模型,在模型中采用纤维单元模拟桥墩,并对固定支座锚固螺栓在罕遇地震作用下可能被剪断的力学特性予以适当的模拟,采用非线性时程方法分析高烈度地震区内该类桥梁在罕遇地震作用下的弹塑性地震响应,讨论该桥的损伤模式。分析结果表明:相比纵桥向地震作用,墩高20 m以内的高速铁路大跨度简支梁桥在横桥向地震作用下的桥墩损伤程度更大;整体看来桥墩具有较好的抗震性能,而合理控制支座锚固螺栓被剪断后主梁所产生的较大位移将成为铁路简支梁桥抗震设计中的重点。