基于模糊逻辑的异形拱塔斜拉桥黏滞阻尼器参数优化研究

为研究黏滞阻尼器参数对异形斜拉桥抗震性能的影响及该黏滞阻尼器的参数优化,以某蝴蝶兰异形拱塔斜拉桥为对象,建立全桥三维有限元模型,结合模糊逻辑控制方法,研究在地震作用下35种工况组合的阻尼系数C与速度指数α对该桥抗震性能的影响。研究结果表明:在塔梁交接处设置一个纵向黏滞阻尼器后,该桥关键位置地震反应明显减小;变化规律为:随阻尼系数的增大,塔顶位移及塔底弯矩均减小;随速度指数的增大,塔顶位移及塔底弯矩均增加;经Matlab模糊逻辑优化得出:在阻尼系数C取4500 kN·(s/mm),速度指数α取0.2时,塔顶位移及塔底弯矩综合平衡减震效果达到最佳。     

独塔混合梁斜拉桥阻尼器参数敏感性分析

为研究阻尼器参数对独塔混合梁斜拉桥关键节点位移和关键截面内力的影响规律,获得最优阻尼参数组合及其减震效果,以某主跨260m的铁路独塔混合梁斜拉桥为工程背景,对阻尼器力学参数进行研究。采用MIDAS Civil软件建立全桥结构地震响应模型,在塔梁交接处设置2个粘滞阻尼器,考虑桩-土相互作用,选择合适的地震时程函数,进行了阻尼器参数敏感性分析。结果显示:阻尼指数α和阻尼系数C对独塔混合梁斜拉桥关键节点位移、关键截面内力的影响呈相反趋势;该桥最佳阻尼器参数组合为α=0.3和C=4 000kN/(m/s)α;设置粘滞阻尼器后,桥塔塔顶位移、钢-混结合部位移和主梁梁端位移分别减小了69.8%、72%和72.9%,桥塔塔底截面弯矩减小了16.34%。     

塔梁连接方式对多塔悬索桥地震反应的影响

悬索桥塔梁间的连接方式对其静力和动力响应具有很大的影响,采用不同的塔梁连接体系以及设置不同性能的纵向约束装置,都会对悬索桥地震作用下的内力和位移产生不同的效果。作为大跨度的桥梁典型形式,对悬索桥进行抗震性能的研究十分重要。以某多塔悬索桥为背景,建立了桥梁的空间动力模型,对模型进行非线性时程计算,研究了中塔与梁体的连接方式对多塔悬索桥地震反应的影响,总结了黏滞阻尼器的减震效果及其参数对多塔悬索桥地震响应的影响规律。通过对比不同塔梁连接方式的地震反应,提出了多塔悬索桥塔梁间的合理连接方式和黏滞阻尼器设计参数。结果表明:中塔固接体系多塔悬索桥的梁端位移可以得到有效控制,但其中塔受力最为不利。对于中塔固结、边塔设置阻尼器的体系,随着阻尼系数增加,主梁位移减小趋势减缓,阻尼器参数应参照造价、效益综合选择。中塔放开,边塔设置阻尼器体系与全阻尼器体系响应基本一致,在保证结构安全的情况下,可适当考虑中塔处放开,依靠边塔阻尼器和纵向滑动支座来限制主梁位移。对于中塔固接、边塔设阻尼器体系,当阻尼器参数较小时,减震效果不明显,主要依赖中塔固接来限制梁端位移。阻尼器参数的合理取值也受到结构自身刚度的影响。     

沙坡头黄河大桥约束体系研究

为了探究沙坡头黄河大桥合理的约束体系，从而减小桥梁结构的地震响应，以沙坡头黄河大桥为研究对象，利用SAP2000软件，采用非线性时程分析方法开展了不同约束体系下桥梁地震响应的对比分析，提出了纵向在主塔位置设置黏滞阻尼器，横向在主塔和桥墩处设置黏滞阻尼器和摩擦摆支座的减震阻尼体系。结果表明，采用该体系，塔底弯矩降低了34%,主塔和过渡墩处的支座纵向位移降低了55%以上；纵向阻尼系数主塔处取4 000、过渡墩处取3 000,横向阻尼系数主塔处取4 000、过渡墩处取2 000,是较为合理的。     

黏滞性阻尼器对千米级斜拉桥纵向减震效果的振动台试验研究

为了研究千米级斜拉桥纵向采用黏滞性阻尼器的减震效果,以一座主跨1 088 m的斜拉桥为工程背景,按相似理论设计制作了一座几何缩尺比为1：35的全桥振动台试验模型,通过改变塔梁间的连接方式,建立了塔梁间纵向无约束的非减震体系和塔梁间纵向采用黏滞性阻尼器的减震体系,选用4条具有代表性的地震动进行了4个振动台纵向一致激励的全桥振动台试验,然后将不同地震动输入下2种体系的试验结果进行对比分析。试验结果表明：千米级斜拉桥纵向无约束体系的地震响应受输入地震动的特性影响较大,对于长周期成分丰富,特别是对应于结构一阶周期的加速度谱和位移谱谱值较大的地震动,结构的地震响应较大;千米级斜拉桥非减震体系的地震响应同样也受输入地震动特性的影响较大;纵向采用黏滞性阻尼器的减震体系可以减小结构的梁端位移、塔顶位移以及塔底钢筋应变,但输入地震动的特性会影响黏滞性阻尼器的减震效果,对于特征周期较长、长周期成分丰富的地震动,黏滞性阻尼器的减震效果较好,而对于有明显速度脉冲的地震动,黏滞性阻尼器的减震效果相对较差,当地震动峰值加速度PGA为0.4g时,在场地人工地震动、Loma Prieta地震动作用下,梁端最大位移分别减小了62.41%、37.75%;对于有明显速度脉冲的地震动,需要选择阻尼系数更大的黏滞性阻尼器。     

大跨独塔斜拉桥纵向约束体系研究

为寻求一种最优纵向抗震体系,以一座位于高烈度区的205 m+205 m独塔斜拉桥为工程背景,建立动力模型进行时程分析,分别从黏滞阻尼器方案和弹性索方案两方面进行参数研究,比选2种方案并确定最优的纵向约束体系。结果表明,在总阻尼力和阻尼指数相同的前提下,当边墩与桥塔的阻尼器屈服力之比为1∶2时,下塔柱底的地震弯矩、塔顶位移与主梁位移均达到极小值;黏滞阻尼器在边墩和桥塔上的布置数量分别为4个、8个,当阻尼指数取0.3、阻尼系数为2 000 kN时,地震内力与位移均可得到有效的平衡控制;当全桥2根弹性索刚度为4×10⁴ kN/m时,关键截面的弯矩和剪力均出现极小值,黏滞阻尼器方案较弹性索方案的地震内力降幅超过20%,地震位移大致减小50%。     

独塔斜拉桥的抗震分析及减隔震措施研究

对于大跨径斜拉桥,抗震计算涉及的因素较多,需要根据其自身特点,进行专项研究,以昆阳路闵浦三桥为研究对象,分别采用反应谱法和时程分析法对半飘浮体系独塔斜拉桥的结构地震响应进行对比分析,选取合适的地震波和阻尼参数。在E2地震作用下,采用时程分析法分别对塔梁间纵向约束支座剪坏前后两种不同的受力体系进行分析,结果表明,对支座剪坏前的纵向约束体系,主塔支座承受较大的水平力,而对支座剪坏后的纵向活动体系,主塔塔顶位移和主梁梁端的纵向位移均较大。针对大跨度独塔斜拉桥桥型方案特点,采用减隔震组合体系,不仅可大幅降低塔底纵向受力,同时可将塔顶和梁端的纵向位移控制在合理范围之内,是理想的抗震约束体系。     

大跨度悬索桥行波效应影响分析

为研究行波效应对大跨度悬索桥抗震性能的影响,本文结合某实际工程,通过利用有限元软件,采用3条不同特征周期的地震波进行验算,探讨了在不同特征周期、不同传播速度的地震作用下,大跨度悬索桥各关键部位的受力行为。结果表明:一致输入时,特征周期越长,主塔塔顶位移、塔底轴力、主梁纵向位移、主缆的轴力越大;考虑行波效应,主梁弯矩明显增大,塔顶位移、塔底内力、主缆轴力可能增大也可能减小,与频谱特性和波速有关。     

公轨两用大跨度斜拉桥纵向减震体系优化

为研究公路与跨座式单轨交通两用钢桁梁斜拉桥的合理减震约束体系,以牛田洋大桥为工程背景,利用ANSYS建立有限元模型,并采用时域显式降维迭代法,在考虑纵向活动支座动力特性基础上分析纵向无约束、弹性索、粘滞阻尼器及速度锁定装置等4种减震体系的结构静动响应和粘滞阻尼器4种墩塔处布设方案的减震效果,优化粘滞阻尼器参数;分析跨座式单轨交通列车制动力及行车振动对粘滞阻尼器参数的影响,计算粘滞阻尼器行程。研究表明:无约束体系地震位移响应最大,弹性索体系塔底弯矩最大,速度锁定装置体系位移最小但塔底弯矩较大,粘滞阻尼器体系塔底弯矩最小,位移响应较小,耗能作用最好;仅主塔处设置粘滞阻尼器时减震费效比最高,主塔及辅助墩均设置阻尼器时减震效果最优;当阻尼系数c=3 500～5 000kN·(m/s)~(-α)和速度指数α=0.3～0.5时减震效果较优;大跨径公轨两用钢桁梁斜拉桥可设计合适的支座静摩擦系数抵抗跨座式单轨交通列车的制动力,粘滞阻尼器参数选取可不考虑列车制动的影响;阻尼器速度指数α宜适当取高值,以减少列车过桥时参与工作;粘滞阻尼器行程需按动、静作用分别考虑。     

高烈度区独塔斜拉桥的减隔震设计研究

对于高烈度区独塔斜拉桥,抗震要求一般较高,减隔震设计往往是关注的重点。文中以某座抗震设防烈度为8度的主跨230 m独塔斜拉桥为例,介绍了减隔震技术在高烈度区独塔斜拉桥中的应用,并采用非线性时程分析方法对比分析了普通支座和阻尼支座2种计算模型的地震响应。结果表明,通过设置E型钢阻尼支座和黏滞阻尼器可以有效减小独塔斜拉桥在地震作用下主塔根部截面的内力,同时主梁梁端位移也得到了较好控制。     

主跨2300m悬索桥自平衡体系及其力学特性研究

张靖皋长江大桥南航道桥推荐采用梁跨布置(2 300+717)m的双塔两跨悬索桥方案，活载及温度下，在南塔塔顶产生较大不平衡水平力，提出了释放塔顶不平衡水平力的新型缆塔约束体系——悬索桥主缆自平衡体系。采用自平衡滚轴式主索鞍结构，实现温度、汽车荷载等常遇荷载作用下，两侧主缆不平衡水平分力和索鞍滚动摩擦力三者自平衡。基于试验与有限元分析了合理摩擦系数、滑动限位值以及自平衡体系力学特性。结果显示，主缆缆力自平衡体系可显著减小索塔塔底纵向弯矩；不滚动状态时，塔与索鞍锁定，结构处于安全状态；结构失稳模态为横桥向，弹性屈曲系数大于8.2,非线性屈曲系数大于2.0;索鞍有限位移滑动，对桥梁频率、颤振检验风速等基本无影响，索塔无涡振现象。     

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。     

基于盆式支座与黏滞阻尼器的某大跨度斜拉桥减震研究

以一座大跨度斜拉桥为研究对象,用Midas Civil软件建立其全桥三维有限元模型。针对其在E2地震作用下位移超过限值问题,提出在桥墩与上部结构间布置盆式支座+黏滞阻尼器的减震方案,对黏滞阻尼器阻尼指数进行优化分析,得到最优阻尼指数,进一步对其位移及内力进行了减震效果分析。分析结果表明,主墩支座位移从596mm降至216mm,最大减震效果达63.8%,满足规范要求;在主跨部分布置盆式支座和黏滞阻尼器对其他跨桥墩墩底弯矩也有一定降低效果,两者耗能特性得到充分发挥,能够有效降低结构的地震响应,证明了盆式支座+黏滞阻尼器减震方案的合理性和可行性。     

河口大桥液体黏滞阻尼器参数分析

河口大桥主跨360m,为我国地震烈度8度及以上地震区域跨度最大的斜拉桥,设置液体黏滞阻尼器,对于半漂浮体系的斜拉桥是一种十分有效的消能减震装置。本文介绍了河口大桥液体黏滞阻尼器的设置形式,重点对比分析了阻尼系数C和速度指数α两参数不同情况下结构关键部位的变形和内力效应,并优化了液体黏滞阻尼器的相关参数。计算成果表明,通过对液体黏滞阻尼器阻尼参数的优化,可使地震作用下结构的相对位移和地震力有效降低,并使桥梁的抗震安全性提高。     

地震中斜拉桥支座脱空现象及控制方法研究

为了探讨地震作用下斜拉桥支座脱空现象及其对结构地震响应的影响,分析支座脱空的影响因素。根据一座独塔斜拉桥建立考虑支座脱空的全桥三维非线性有限元模型,以7条实际地震动作为地震输入,采用非线性时程方法研究地震作用下斜拉桥支座脱空现象及其效应,探讨塔梁间纵向设置黏滞阻尼器和墩梁间竖向设置抗拉装置这2种方式对支座脱空的控制效果。结果表明:在纵向地震作用下,支座脱空后梁端产生了较大的竖向位移,当梁体与支座再次接触时会产生较大碰撞力;支座脱空对结构整体地震响应的影响不大,如墩底弯矩、塔柱弯矩、梁端纵向位移等受支座脱空的影响较小;竖向地震动对支座脱空影响明显,考虑竖向地震动后,在输入地震波地面加速度峰值PGA较小时可能产生支座脱空现象;对于背景工程,仅在塔梁纵向设置黏滞阻尼器不能达到支座脱空的控制目标;在墩梁竖向设置抗拉装置能满足要求,但抗拉装置的弹性刚度和拉力均较大;黏滞阻尼器和抗拉装置联合使用可以优化抗拉装置参数,满足支座脱空控制目标时对应的抗拉装置弹性刚度和拉力均大幅度减小。     

基于地震易损性的斜拉桥斜置式黏滞阻尼器参数优化

为获得超大跨径斜拉桥斜置式黏滞阻尼器的合理参数，提出将基于全概率理论的斜拉桥地震易损性分析方法应用于该类阻尼器参数优化设计中。该方法综合考虑桥梁结构地震动的随机分布特点，同步建立斜拉桥顺桥向、横桥向的黏滞阻尼器参数-地震易损性曲面，以桥梁体系地震易损性最小为目标函数，分析顺桥向与横桥向的易损性曲线变化规律及优化参数，并综合顺桥向及横桥向参数优化结果，得到斜置式黏滞阻尼器的合理参数。以主跨806 m的芜湖长江公路二桥为背景，进行斜置式黏滞阻尼器参数优化设计。结果表明：基于全概率理论的斜拉桥地震易损性分析方法能够综合考虑桥梁结构的地震响应因素，并能根据设计目标对斜置式黏滞阻尼器进行参数优化设计；芜湖长江公路二桥优化后的斜置式黏滞阻尼器与主梁之间的夹角宜设定为26.3°,阻尼系数为3 213 kN·(m/s)^-0.26。     

大跨高墩刚构与低墩连续组合桥梁纵向抗震结构体系分析

为研究横跨U形深峡谷地带桥梁纵向抗震结构体系,以高烈度区的某150m高墩连续梁桥结构体系为背景,建立了三维空间有限元模型,研究了不同类型墩梁约束结构体系的抗震性能,确定了高墩刚构+低墩连续组合桥梁结构。以桥梁关键截面内力响应和梁端位移为比选阻尼器参数评价指标,确定了梁端黏滞阻尼器参数,研究了高墩大跨度连续刚构桥梁端设置纵向阻尼器的减震效果。研究结果表明,在横U形深峡谷地带修建连续梁桥,适宜选用高墩刚构与低墩连续组合桥结构体系,且在桥梁端设置黏滞阻尼器,墩底纵向弯矩、梁端位移、墩梁相对位移等得到了有效地控制,确保了高烈度区高墩大跨度连续梁桥的抗震安全性。     

悬索桥主塔的一种简化分析方法

针对悬索桥主塔的初步设计,提出了一种简化分析模型。模型中采用等效弹簧模拟主缆对桥塔的约束作用,推导了考虑倾角变化的主缆约束刚度解析表达式,并与Ernst公式和有限元分析结果进行了对比。基于挠度理论,将桥梁荷载转化为作用于塔顶的水平力和竖向力,根据主塔受力平衡分析,建立了主塔荷载-位移矩阵方程。为了验证该文方法的正确性,建立了一个三塔四跨悬索桥有限元模型,然后对两种方法计算的主塔位移和弯矩结果进行了对比,结果吻合良好,表明该文提出的简化分析方法可以用于悬索桥主塔的初步分析与设计。     

公路钢拱塔斜拉桥车致振动试验与数值分析

为了研究沈阳市三好桥(公路钢拱塔斜拉桥)在汽车荷载作用下的动态响应,通过测试得到不同速度的车辆通过时桥梁的竖向振幅和冲击系数,通过数值分析得到不同阻尼桥梁相应的动态响应和动力放大系数。分析结果表明:桥面平整的桥梁可采用数值方法计算桥梁的动态响应及其动力放大系数;主梁的位移和弯矩的冲击系数与车速呈波动变化,塔根弯矩的冲击系数、斜拉索和水平索最大索力和应力幅的冲击系数随着车速的增大而增大;不考虑阻尼时,桥梁各响应量的冲击系数的值偏大;考虑阻尼比时,各响应量的冲击系数随着桥梁阻尼比的增大而减小;阻尼比较小的桥梁,阻尼比对其动力响应影响较小。     

曲率半径对曲线矮塔斜拉桥的影响分析

本文以曲线矮塔斜拉桥龙井河大桥为背景,通过改变结构的曲率半径来分析曲率半径对结构主要的影响,主要包括塔顶横向位移、跨中挠度、主梁扭矩和弯矩,主塔横向弯矩以及索力等效应。曲率半径影响分析结果表明,曲率半径对塔顶位移和主梁、主塔内力均有显著的影响,在曲线矮塔斜拉桥的设计计算时应关注这些参数的分析。