基于行波效应的大跨度上承式劲性骨架拱桥抗震性能分析

以一座高速铁路大跨度上承式钢管混凝土劲性骨架拱桥为工程背景建立动力计算模型,采用非线性时程法对比分析不同波速行波激励下和一致激励下结构的地震响应,研究软钢阻尼器对该桥的减震效果。结果表明:该桥前8阶振型中有一半出现拱上立柱纵向弯曲振动,交界墩振动表现明显;行波效应会增大拱肋的轴力,增大拱脚和1/4拱肋的弯矩,减小拱顶的弯矩。拱肋不同位置的内力响应随波速的变化规律基本一致,但拱脚对行波效应更加敏感。行波效应对各拱上立柱墩底的内力影响规律不一致。行波效应会增大交界墩顶纵向最大位移,但会减小墩梁相对纵向最大位移。软钢阻尼器对拱桥减震效果明显,在拱上立柱安装软钢阻尼器,其位移减震率达到43.5%,弯矩减震率达到60.5%。其余立柱的弯矩和位移均有所减小。     

高烈度震区独塔斜拉桥减震优化设计

高烈度震区独塔斜拉桥在纵、横向地震作用下均需满足相应的抗震性能要求,以唐山市二环路上跨津山铁路独塔斜拉桥为例,该桥综合采用主塔处设置纵向粘滞阻尼器,辅助墩和边墩设置横向粘滞阻尼器的结构体系,分别抵御纵、横向地震。设计对阻尼系数和阻尼指数等进行了详细的参数分析;对合理横向抗震体系进行研究。研究表明:阻尼系数和阻尼指数应进行参数分析,并综合考虑梁端梁-墩相对位移、桥塔受力等合理选择。横向阻尼约束体系相对漂浮体系和固定体系更优。本桥减震设计体系合理,取得了很好的减震效果。     

大跨度铁路斜拉桥地震反应影响分析

针对大跨度铁路斜拉桥特点,结合桥梁结构体系及抗震措施,进行了行波效应、几何非线性、弹性连接刚度及阻尼器减震措施对结构的地震反应影响分析。分析表明:行波效应使主塔控制截面的内力约增大20%;考虑结构的初始内力引起的几何非线性影响后,结构的自振周期约增大3%,对主塔的地震反应影响较小,在设计中可以忽略其影响;塔、梁间的弹性约束刚度大小对结构的地震反应影响较大,其刚度取值为1.0×105k N/m左右时,结构的抗震性能较好;粘滞阻尼器对主塔控制截面的内力及塔顶位移具有显著的减震效果。     

考虑行波效应的大跨度结合梁斜拉桥地震响应分析

为研究行波效应非一致激励对大跨度结合梁斜拉桥地震响应的影响,以西部高烈度地区某高速公路上一座跨径为(67+110+360+110+67)m的结合梁斜拉桥为研究对象,利用ANSYS建立其空间动力模型,采用非线性时程分析法对比分析了非一致激励与一致激励作用下斜拉桥的地震响应。研究结果表明:行波效应总体上使主梁与塔顶纵向位移响应减小,随着波速的增大,位移逐渐趋于一致激励;在波速较小时,考虑行波效应的塔底截面弯矩及剪力比一致激励要小,但墩底截面的弯矩和剪力略微增大;当波速较大时行波输入与一致激励的地震响应基本相同。考虑行波效应后墩梁和塔梁间相对位移均有所增大,墩梁和塔梁间相对位移变化不规律,震荡次数减少。     

SMA阻尼器对大跨斜拉桥地震响应影响研究

SMA(Shape Memory Alloy)材料因独特性而广泛用于工程结构减震控制装置中。为便于工程结构分析,编制SMA阻尼器简化双旗型本构Fortran子程序并嵌入Abaqus平台的动力分析中,并以低周往复加载算例验证了其正确性;以一座大跨斜拉桥为例,基于Abaqus平台建立其脊骨梁有限元模型,研究SMA阻尼器的减震控制效果。研究表明:对于塔梁纵桥向漂浮的大跨斜拉桥,塔梁处纵桥向布置SMA阻尼器可有效减小其纵桥向地震位移响应,并且SMA阻尼器的初始刚度对减震效果的影响较为明显;塔梁处纵桥向布置SMA阻尼器后,结构内力减震效果对输入地震波及SMA参数具有一定的依赖性,应当引起注意。     

粘滞阻尼器对钢桁梁斜拉桥纵向振动响应的影响分析

桂平郁江特大桥是南宁至广州铁路的重点工程之一,位于西江航运干线贵港至桂平河段,跨郁江主桥为(36+96+228+96+36)m五跨连续钢桁斜拉桥。设计速度250 km/h,为有砟轨道双线桥梁。由于桂平郁江钢桁斜拉桥的主梁和桥塔间采用纵向无约束的漂浮体系,列车制动及地震会引起主梁纵向较大的振动位移和桥塔根部较大的纵向弯矩,影响桥梁的正常使用和安全。文章以桂平郁江钢桁斜拉桥为例,对钢桁梁斜拉桥在列车制动力和地震作用下,粘滞阻尼器对结构振动响应的影响进行了详细的分析,结果表明:粘滞阻尼器能显著减小列车制动及地震作用下主塔塔顶位移及主梁位移,具有较好的减振效果;粘滞阻尼器能较好控制结构在塔梁连接处的内力,特别对主塔控制截面的弯矩及剪力改善较为明显,能够保证大桥的正常运行和安全。     

成昆铁路矮塔斜拉桥减隔震体系研究

成昆铁路金沙江大桥位于高烈度地震区，为跨度超过200 m的预应力混凝土矮塔斜拉桥，其减隔震体系关系到铁路运行的安全稳定性。为优化金沙江大桥的减隔震体系，利用MIDAS Civil软件对其支座结构进行有限元建模和计算，分析双曲面球形减隔震支座和三摩擦副双曲面球型减隔震支座及剪力榫结构的动力时程结果。研究结果表明：在罕遇地震下，双曲面球形减震支座结构能够有效减少主塔的墩底剪力和墩底弯矩，其位移大于400 mm,而桥梁纵向伸缩缝尺寸为300 mm,因此支座不满足桥梁纵向位移要求；三摩擦副双曲面球型减隔震支座墩底弯矩增大，墩顶位移和墩底剪力显著减小，墩顶位移为236 mm,小于纵向伸缩缝尺寸，桥墩间的内力相近，减小梁端伸缩量，有利于全桥的内力分布、梁端伸缩装置的设置及列车的平稳运行。     

刚构连续梁体系铁路矮塔斜拉桥的减震研究

以新型刚构连续梁体系铁路矮塔斜拉桥为实际工程背景,研究黏滞液体阻尼器对结构纵向抗震性能的影响。采用非线性时程反应分析方法,从结构的减震效果及便于阻尼器的局部连接构造设计角度出发,对非线性黏滞液体阻尼器的阻尼系数和阻尼指数进行参数敏感性分析,并探讨地震动加速度峰值及频谱特性对减震效果的影响。结果表明:合理选择黏滞阻尼器的力学参数,刚构连续梁体系铁路矮塔斜拉桥具有显著的减震效果,但减震效果受地震动的频谱特性影响较为敏感。     

跨“V”形峡谷大跨度铁路悬索桥减震研究

以位于高烈度区、跨"V"形峡谷的千米级跨径铁路悬索桥为研究对象,建立全桥精细化数值模型,通过设计和罕遇地震动的一致激励和考虑"V"形峡谷地形效应的非一致激励下桥梁结构的响应分析,进行该桥的抗震性能和减震研究。结果表明:非一致激励地震动作用下,该桥的主塔内力、纵桥向梁端位移、主缆和吊杆拉应力等相对一致激励均有不同程度的降低,但主塔变厚度处截面弯矩接近设计限值,主梁梁端及柔性中央扣的地震响应超限;采用耗能型中央扣可使纵桥向梁端位移降低49.78%,并解决柔性中央扣拉应力超限破坏的问题,但会增大西侧主塔的内力响应;在塔梁连接处设置黏滞阻尼器可使主塔弯矩、剪力及梁端位移分别降低19.87%,14.20%和70.55%,但柔性中央扣仍因应力过大而被破坏;采用耗能型中央扣+黏滞阻尼器可使主塔弯矩、主塔剪力、梁端位移、主缆应力、吊杆应力分别下降24.01%,18.84%,72.42%,7.14%和11.38%,耗能型中央扣峰值内力未超出其极限承载力,有效地控制了结构关键构件的地震响应,满足该桥的抗震设防要求。     

大跨度高低塔公铁平层合建斜拉桥结构体系研究

甬舟铁路富翅门公铁两用跨海大桥采用主跨388 m高低塔公铁平层挑臂式钢箱梁斜拉桥，为世界上最大跨度的高低塔公铁平层合建斜拉桥。为研究适用于大跨度高低塔公铁平层合建斜拉桥最优结构体系，结合富翅门公铁大桥结构不对称的特点，对5种不同类型半飘浮体系、塔梁约束体系进行比选研究。通过对5种约束体系在静、动力荷载作用下的桥塔弯矩、桥塔位移、主梁位移对比分析，推荐采用高塔侧设置固定支座、矮塔侧采用活动支座的约束体系，该体系抵抗纵向荷载能力强、释放体系温度变形差，与常用的半漂浮体系相比，在静、动力荷载作用下桥梁总荷载效应小，具有良好的静动力性能，其中静力作用下两桥塔塔底总弯矩降低15%,两侧梁端总位移降低51%,两塔顶位移减少29%;动力作用下两桥塔塔底总弯矩相当，两侧梁端总位移降低76%。     

铅芯橡胶桥梁隔震支座屈服比的优化及设计应用

运用有限元软件SAP2000,建立不同未隔震桥梁自振周期,铅芯橡胶隔震支座弹性周期、非弹性周期和隔震屈服比的198个单自由度隔震桥梁模型,进行非线性地震能量反应分析,研究铅芯橡胶隔震支座屈服比与其耗能比的关系以及不同地震水平下的优化屈服比。研究表明,隔震支座优化屈服比随着地震动水平的增强而增大,但增大趋势逐渐减缓;以ElCentro波作为激励得到的优化屈服比拟合公式对不同地震波具有较好的适用性;将基于最大限度耗能确定的隔震支座优化屈服比应用到桥梁隔震的两阶段设计中,即保证了桥梁在正常条件下的使用,又保证了在较大地震荷载作用下,隔震支座最大限度地发挥耗能减震作用。     

减震榫-活动支座减震机理及影响参数研究

阐述减震榫-活动支座的工作原理及构造形式,以某5跨高速铁路简支梁桥为例,研究减震榫-活动支座的减震性能,并系统分析支座动力参数及桥梁结构自振周期对减震榫-活动支座简支梁桥地震响应的影响。结果表明:减震榫-活动支座能有效降低桥墩的地震需求,但会在一定程度上增加梁体位移;支座屈服强度对桥梁地震响应影响较大,应综合考虑其对桥墩内力和梁体位移的影响规律进行优化选择;支座初始刚度主要影响上部结构位移而屈服后刚度主要影响桥墩内力,为保证减震榫耗能能力发挥,建议硬化比控制在0.15以下;减震榫-活动支座减震效果随桥墩刚度减小呈先上升再降低的变化规律,更适用于高度小于16 m的桥墩。     

城市大跨度钢桁拱桥抗震体系对比分析

以某城市大跨度钢桁拱桥为工程背景,以结构抗震体系及抗震性能评价为研究重点,建立了全桥空间有限元模型,采用时程反应分析方法对该桥进行了地震反应分析。结果表明:采用传统抗震体系,主拱拱脚横桥向地震反应控制主拱上部结构设计。采用传统抗震体系,在E2地震作用下桥跨下部结构保持轻微损伤很难,下部结构抗震设计困难,工程投资大幅增加。采用减隔震支座后,主拱控制截面的地震应力减震效果显著。同时该体系显著降低了V撑及桩基础的地震内力,明显降低了配筋率需求,显著提高了结构的抗震性能,工程投资节省显著。     

峡谷地形隔震效应及减灾选线对策

在困难山区,峡谷是铁路、公路常利用的交通廊道,但峡谷往往也是震害集中的地段,目前有关峡谷地形对地震波传播特性的影响研究甚少。基于波动理论,分析得出峡谷切割深度越深,对Rayleigh波高频成分的屏蔽频率范围越广;峡谷越陡,对散射波的强度削减效应越显著;从而地震波的强度在峡谷两侧具有显著的差异,即在地震波入射一侧的振动强度大于另一侧。上述结论得到了芦山地震震害现象以及苏克拉峡谷地震记录仪观测资料的检验,可为减灾选线设计提供理论依据。     

顺层岩体各向异性对隧道地震响应的影响

为研究顺层岩体各向异性对隧道地震响应的影响,考虑顺层岩体的横观各向同性本构关系以及顺层岩体中地震波的偏振特性和相速度变化特点,基于黏弹性边界的时域波动理论,建立二维平面地震波从隧道底部入射的输入方法。以某顺层岩体中高速铁路隧道为工程背景,采用ANSYS软件进行地震响应数值分析,研究平面地震波由隧道底部入射时岩层各向异性强度对隧道地震响应不对称性或非反对称性的影响。结果表明:地震qP波入射时,随岩层各向异性的增强,同一时刻地震响应的不对称性总体上逐渐增大,且服从近似线性关系,但地震响应的内力包络却无明确且统一的规律,视岩层倾角而定;地震qSV波入射时,地震响应的非反对称性随岩层各向异性的变化缺乏统一明确的规律,视岩层倾角而定。     

铁路混凝土梁桥震害评估各部件权重分析

地震发生后,对铁路桥梁的地震灾害损失进行简捷评估,对于制定抢险救灾方案和灾后重建规划十分重要。本文以铁路混凝土梁桥为例,分析桥面系、上部结构和下部结构各组成部分及其震害破坏形式,采用层次分析法和模糊综合评价相结合的方法,确定铁路混凝土梁桥各组成部分及各种震害破坏形式在桥梁震害评估中的权重,为判断铁路混凝土梁桥的破坏等级和估算单座桥梁的震害经济损失提供依据。     

双曲面球型减隔震支座曲线连续梁桥的减隔震

针对某3跨门式桥墩轨道交通曲线连续梁桥,采用其桥址<地震安全性评价报告>提供的3条地震动时程曲线,应用SAP2000有限元软件,分析未隔震和双曲面球型减隔震支座隔震条件下的罕遇地震响应,进行双曲面球型减隔震支座曲线连续梁桥的减隔震研究.研究结果表明,曲线连续梁桥各桥墩的内力响应受响应内力方向与地震动输入方向火角的影响;仅固定墩切向隔震时,固定墩的切向内力大幅减少,弯矩和剪力分别减小约70%和50%,但各墩的径向内力均有增加,最大增幅约达10%,不能满足桥梁的抗震要求;固定墩切向和径向双向、滑动墩径向隔震时,固定墩的切向和径向内力均大幅减少,弯矩和剪力分别降低约73%和49%,同时各滑动墩的径向内力也大幅降低40%～60%,减震效果明显.     

地震荷载下土体应力分析与挡土墙土压力计算分析

地震荷载作用下,按现有规范采用拟静力法设计的挡土墙仍发生了各种破坏。为探索地震荷载下土中应力分布对于岩土抗震工程的作用,合理地进行挡土墙抗震设计,采用拟静力法对地震荷载进行描述,根据弹性力学理论并假设问题满足平面应变的条件下,推导地震荷载下土体主应力的大小和方向的计算公式。通过对该点Mohr应力圆的分析,给出挡土墙动土压力大小与土体裂缝深度计算方法。研究结论:(1)地震主动和被动土压力系数均随着内摩擦角的增大而增大;(2)黏聚力对地震主动土压力系数的大小无影响,对地震被动土压力系数的影响较小;(3)土体裂缝深度随内摩擦角和黏聚力的增加而增大。     

地震作用下梁式桥碰撞反应分析

在考虑梁间碰撞反应和桥梁结构非线性特性的基础上,建立全桥模型,通过不同桥墩高度和截面刚度简支梁桥在不同地震激励下的时程响应分析,对橡胶支座隔震的简支梁桥体系在地震作用下梁间碰撞响应规律和特点进行研究。结果表明,碰撞在一定程度上显著改变结构的响应状态,增大墩底弯矩和剪力;桥墩的高度、截面刚度以及地震激励的变化会对梁间碰撞产生影响。     

可液化土层对地下结构地震反应的影响研究

为了研究砂土液化大变形对地铁车站结构产生的重要影响,使用FLAC~(3D),采用PL-Fin土体液化本构模型,总结地下结构位于可液化土层时,液化土层从液化初始到产生液化大变形时刻,土体液化、结构位移变形和结构周围土体应力与结构应力变化规律,并与非液化场地下的地下结构地震反应进行对比。主要结论有:地铁车站结构从底部开始液化,引起两侧土体的移动和结构的倾斜上浮;由于结构两侧土体液化较轻微,结构左侧墙临近土体应力及结构应力在液化和非液化场地中的变化规律比较类似,底部土体液化较严重导致液化地层中结构底板及底板相邻土体应力变化同非液化土层存在较大差异。