兰州西固黄河大桥横向抗震体系研究

兰州西固黄河大桥主桥为(67+110+360+110+67)m双塔双索面钢-混结合梁斜拉桥,南岸引桥为2×40m预应力混凝土简支箱梁桥,北岸引桥为5×40m预应力混凝土连续箱梁桥。为确定该桥的合理横向抗震体系并优化其布置形式,采用SAP2000Nonlinear程序建立全桥有限元模型,分析该桥在横向滑动、过渡墩约束、辅助墩约束及横向完全约束4种墩梁横向约束体系下的地震响应,并针对横向挡块减震措施分析不同材料挡块控制参数对抗震性能的影响。结果表明:横向滑动体系下桥墩的地震响应最小,但墩-梁横向相对位移较大;过渡墩横向约束和辅助墩横向约束体系均会增大相应桥墩的地震响应,其中辅助墩横向约束体系下增加更为明显;横向完全约束体系下,各墩受力均不利;混凝土刚性挡块难以同时减小过渡墩与辅助墩的地震响应,横向减震效果不好;采用弹塑性挡块能显著降低过渡墩与辅助墩的墩底内力和墩-梁横向相对位移。     

近远场地震作用下斜拉桥有无辅助墩静动力响应

为探究近场与远场地震作用下双塔斜拉桥静动力响应随有无辅助墩的变化关系,以某公路斜拉桥为研究对象,首先建立其有辅助墩和无辅助墩有限元模型,其次改变辅助墩高度,基于该斜拉桥的场地条件选择近场与远场地震作用,最后探究近场与远场地震作用下有辅助墩与无辅助墩的静力稳定性与动力响应。研究表明:有辅助墩可增加斜拉桥整体刚度及稳定性,刚度随辅助墩高的增加而略有降低,对纵漂和稳定性系数影响不大,对横弯、竖弯以及扭转较大;近场地震作用下位移响应和内力响应均大于远场地震作用下位移响应和内力响应,且在X+Z工况下的塔顶纵向位移与尾索轴力要大于Y+Z工况下的塔顶纵向位移与尾索轴力,但塔底弯矩却受横向地震作用影响较大;有无辅助墩的主梁弯矩图沿主梁的变化规律整体上保持一致,但仔细分析可知,设置辅助墩,可显著减小主梁弯矩,边跨弯矩可减小41.2%,中跨弯矩减小了8.3%,主梁挠度和索塔变形也随之减小。     

主跨460m协作体系斜拉桥抗震性能研究

巢湖大桥为主跨460 m的双塔双索面组合梁协作体系斜拉桥,设有1 122 m的一联主梁,且梁体较低。针对该桥塔墩地震力合理分配、地震位移控制和横桥向梁体鞭梢效应等抗震难点,分别对其顺桥向、横桥向的抗震体系进行方案研究。结果表明:顺桥向采用半飘浮体系,并在塔梁之间设置阻尼系数C=2 500 kN/(m/s)~α、速度指数α=0.3的液压粘滞阻尼器,利用阻尼器的力～位移相位差特性,在不显著增加桥塔受力的前提下,实现较好的滞回耗能效果;横桥向通过在辅助墩墩顶设置参数为μ=0.05、T=3.5 s的摩擦摆减隔震支座,延长了结构周期,大幅减小了辅助墩及其基础的地震内力,同时将墩梁相对位移控制在一定的范围内,桥塔的地震响应也有一定程度的减小。     

白沙长江大桥横向抗震体系研究

白沙长江大桥是一座塔墩梁固结的主桥长为920 m的双塔独柱式混合梁斜拉桥.为了研究其辅助墩和过渡墩处横桥向的合理约束体系,分别在横向自由、横向约束、过渡墩约束及辅助墩约束4种约束体系下进行时程分析,研究斜拉桥在不同横向约束体系下的地震响应特点,针对混凝土刚性挡块和粘滞阻尼器减震体系分析不同参数对抗震性能的影响.结果表明:采用混凝土刚性挡块对同时减小各墩的横向地震响应作用较小;采用粘滞阻尼器体系可以有效减小各墩的横向地震响应,以及墩梁相对位移.     

墩高对高烈度区连续梁桥抗震体系的影响

为研究桥墩高度对高烈度区连续梁桥抗震体系的影响，确定不同抗震体系的墩高适用范围，以黄茅海西引桥60 m连续梁桥为工程背景，进行了不同墩高下的约束体系对比分析，并在中间墩墩梁固结体系的基础上进一步分析了过渡墩约束体系对地震响应的影响。结果表明，当墩高较低时，减隔震体系地震响应明显小于墩梁固结体系，减隔震体系优势较大；随着墩高的增加，桥墩刚度减小，桥梁的自振周期增加，墩梁固结体系的地震响应逐渐减小，减隔震体系的优势减小。因此，建议墩高相对较矮时采用减隔震体系，墩高较高时采用墩梁固结体系。由于过渡墩设置减隔震支座可明显减小横向地震作用下结构内力，且不会大幅增加纵向地震响应，因此采用中间墩墩梁固结体系时，仍然可以考虑在过渡墩位置设置摩擦摆减隔震支座进行减隔震设计。     

大跨度斜拉桥摩擦摆式支座减震性能分析

为选用合适的摩擦摆支座设置方案,以改善地震作用下大跨度斜拉桥下部结构的受力性能,以安庆-九江高铁鳊鱼洲长江大桥主航道桥为背景,利用有限元软件建立全桥模型,比较不同摩擦摆支座设置方案下桥梁下部结构的地震反应。结果表明:在地震作用下,不设置摩擦摆支座时,承台底轴力及墩梁之间相对横向位移不满足减震要求;仅边墩设置摩擦摆支座墩梁之间相对横向位移不满足设计要求;边墩及辅助墩均设置摩擦摆支座后,下部结构最不利轴力显著提高,墩梁之间相对横向位移响应明显下降,安全系数大幅提高,均能满足结构减震要求。鳊鱼洲长江大桥主航道桥最终采用边墩及辅助墩均设置摩擦摆支座方案。     

改变支座模型对梁式桥地震反应的影响分析

针对一座4跨梁式桥在地震作用下的反应,采用大型有限元分析程序ANSYS,选取空间梁单元建立4种模型进行了动力特性分析;并选取3条地震波,进一步对比分析了支座模型改变后连续梁桥和简支梁桥内力和位移的地震反应。结果表明:改变梁式桥支座模型,上部结构在桥台和梁端间伸缩缝处及相邻梁和桥墩间伸缩缝处相对位移的地震反应会明显变大,但桥墩内力和位移的地震反应明显减小,隔震效果显著;合理选择台梁间、墩梁处和相邻梁体间伸缩缝处限位弹簧装置的刚度可以有效地减小上部结构在地震中的相对位移,防止其发生梁端碰撞和落梁破坏。     

设置延性系梁的桥梁双柱墩抗震能力研究

为研究设置延性系梁对减少桥梁双柱墩横桥向地震损伤的效果,基于OpenSees数值分析平台,建立了无系梁和设置延性系梁的双柱墩抗震数值分析模型,通过拟静力和增量动力分析手段对2种双柱墩在地震作用下的反应进行研究,讨论了延性系梁设置对双柱墩地震反应的影响。结果表明:延性系梁提高了桥梁双柱墩横桥向的强度和刚度,地震作用下,系梁先于桥墩发生屈服,形成塑性铰并耗散地震能量,延缓了桥墩的损伤破坏过程,并减少了桥墩的曲率延性系数和墩顶的最大位移角。     

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.     

高烈度区纵横向抗震体系比选分析

高烈度区斜拉桥的地震响应较大,选择合理的纵横向约束体系是十分关键的.基于一座混凝土双塔斜拉桥实例,分别建立索塔和主梁纵横向固结、自由和设置阻尼约束体系的有限元模型,得到纵桥向设置粘滞阻尼器、横向设置钢阻尼器是相对最优约束体系的结论,并通过参数比选设置合理的阻尼器参数,使得大桥关键截面内力和位移都能得到较好的控制.另外,由于大跨度斜拉桥与相邻引桥自振周期相差较大,强震作用下容易发生碰撞或落梁,在模型梁端设置碰撞接触单元,并分别讨论碰撞刚度和初始间隙对截面受力和碰撞力的影响.结果表明,设置适当参数的弹性限位装置可减弱过渡墩处的地震反应.     

非线性粘滞阻尼器对悬索桥地震反应的影响

通过对粘滞阻尼器的力学特性进行分析,提出了在塔、梁连接处设置非线性粘滞阻尼器来控制塔、梁相对位移的减震措施。在对大跨度悬索桥动力特性分析的基础上,结合单自由度系统的震反应,提出了一种分析塔、梁相对位移的简化方法,并给出了非线性粘滞阻尼器参数设计的简便流程。利用非线性时程地震反应分析方法对一座带有非线性粘滞阻尼器的大跨度悬索桥进行了分析和研究,研究结果表明在塔、梁连接处设置非线性粘滞阻尼器可以在不增加塔底内力情况下,显著地减小塔、梁相对位移。     

独斜塔斜拉桥抗震的功率谱法与反应谱法分析

以厦门马新特大桥主桥为工程背景,建立塔、梁、墩固结体系独塔混合梁斜拉桥的三维空间有限元模型,对其结构动力特性和地震响应进行了计算分析。采用反应谱法和随机振动的功率谱法分别计算了E1地震作用下,结构的位移响应和内力响应,考虑了顺桥向＋竖向和横桥向＋竖向两种工况。分析表明,两种分析方法的计算结果基本一致,功率谱的计算结果较反应谱的略大。     

地震作用下独塔斜拉桥抗震体系优化

为了确定一致地震作用下独塔斜拉桥的合理抗震约束体系,首先对独塔斜拉桥在纵桥向和横桥向约束体系的传力机理进行了研究,然后以某独塔双索面斜拉桥为工程实例,分别对结构纵横向抗震体系进行了优化分析。分析结果表明,塔梁之间设置纵向弹性索可以在降低桥塔地震弯矩的同时控制主梁位移;墩、梁之间通过设置纵向弹性索,可以根据桥墩抗弯能力调整地震力的分配,起到提高结构整体抗震性能的作用。对于不等跨混合梁独塔斜拉桥,边跨过渡墩采用弹性索限位,可以合理分配横向地震力,从而达到提高结构整体横向抗震性能的目标。     

连续梁桥HDR支座的优化配置及减隔震效果研究

结合超越概率水平为40%、10%、2%的地震波,以某连续梁桥为实例进行非线性动力时程分析。分析发现过渡墩处滑动支座在地震中将会产生过大位移,结构有发生落梁的危险;过渡墩处采用滑动支座会削弱过渡墩的地震分担比,使地震荷载在各墩之间分配不合理。通过调整过渡墩处的支座参数,将滑动支座更换为初始水平刚度较大的高阻尼橡胶支座后,支座的位移量得到了较好的控制,各墩的地震响应均较为接近,高阻尼橡胶支座能够在地震中发挥较好的减震耗能作用。     

填充式钢管阻尼器性能及在桥梁横向减震中的应用

中小跨径桥梁采用板式橡胶支座时，在横桥向地震作用下起到一定的隔震作用，但是墩梁相对位移偏大，主梁容易与挡块发生碰撞，甚至发生横桥向落梁等严重震害。为提高桥梁横向耗能能力，减小地震作用下主梁的侧向位移，研发了一种填充式钢管阻尼器，阻尼器与板式橡胶支座共同组成了桥梁横向减震系统。地震作用下，板式橡胶支座传递竖向荷载并提供一定的横向位移能力，填充式钢管阻尼器通过塑性变形耗散部分输入的地震能量，可以有效减小墩梁相对位移。首先阐明填充式钢管阻尼器的工作机理，试验研究其滞回性能和失效模式，并提出实用简化分析模型。在此基础上，以一座简支小箱梁桥为例，给出填充式钢管阻尼器主要参数的选取过程，分析了主梁和墩顶位移、桥墩与土-结构相互作用力以及填充式钢管阻尼器和桥梁挡块的滞回性能。结果表明：在地震作用下，填充式钢管阻尼器耗能和变形能力远大于钢筋混凝土挡块，附加填充式钢管阻尼器后，墩梁相对位移明显减小，而墩顶位移和墩底内力等变化不大，附加填充式钢管阻尼器后不会对桥墩、桩基等构件产生不利影响。     

斜拉桥减震控制研究

对于采用飘浮体系的斜拉桥,主桥在地震作用下将产生较大的纵向位移,必须加以控制才能保证桥梁的抗震安全性,本文探讨了采用弹性连接装置减震和采用粘滞阻尼器不同的布置方式减震,对3种减震方案进行了参数敏感性分析。分析表明,只要选择合理的参数,3种减震方案均能较好地控制主桥在地震作用下的纵向位移,但同时在塔、梁和梁与辅助墩之间设置阻尼器的方案最优。     

横系梁对双柱墩混凝土曲线梁桥地震反应的影响分析

为研究地震作用下,钢筋混凝土曲线梁桥中横系梁设置位置、刚度对结构受力的影响规律,以设置2道横系梁的双柱墩曲线梁桥为背景,考虑曲线梁桥的弯扭耦合效应和主梁间的非均匀碰撞效应,运用大型有限元软件ABAQUS建立桥梁的三维多尺度模型,设置6种横系梁位置工况,采用时程分析法分析不同位置横系梁对桥梁主梁、支座和桥墩的地震反应影响。最后,选择上述计算结果中较为合理的工况为背景,进一步研究横系梁刚度对桥梁地震反应的影响。研究结果表明:横系梁位置的变化对地震作用下曲线梁桥的主梁横向位移、支座受力、墩顶横向位移及墩底扭矩有比较明显的影响;横系梁沿墩柱较为均匀地分布时,对桥梁地震反应行为最为有利;适当地提高横系梁刚度可以减小桥梁的地震反应。     

设置拉筋的铁路双柱式桥墩抗震加固分析

为确保双柱式桥墩在地震作用下的安全,以某铁路双柱式桥墩为例,提出了通过设置斜拉钢筋,减小桥墩在地震作用下的内力和位移响应,达到预防性抗震加固的目的。通过对双柱式桥墩进行PUSHOVER分析,求出桥墩屈服曲率和极限曲率及对应的弯矩、位移,并以此作为加固评价指标,评价多遇地震下及罕遇地震下斜拉钢筋对双柱式桥墩的加固效果。通过利用ANSYS有限元分析软件进行非线性时程反应分析,比较了双柱式桥墩在设置加固前后的内力响应、位移响应,研究了加固的必要性和合理性。结果表明:原双柱式桥墩在设置斜拉钢筋后,桥墩在多遇地震作用下处于弹性阶段,墩底内力减小;在罕遇地震作用下桥墩由破坏状态变为屈服状态,满足延性抗震的加固思路。     

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。     

库区大跨度墩-塔-梁固结体系斜拉桥抗震性能研究

为研究库区大跨度墩-塔-梁固结体系斜拉桥抗震性能,以跨径布置为140m+320m+140m的河惠莞高速公路枫树坝水库特大桥为工程背景,采用有限元软件建立其空间分析模型,根据Morison理论换算动水附加质量,计算了库区蓄水状态对结构动力特性的影响,并运用非线性时程分析法分析评估了桥梁结构在E2强震作用下的地震响应及抗震性能。结果表明:墩水耦合作用将导致库区桥梁结构振动周期延长。强震下,蓄水会造成主墩主塔地震内力和主梁纵向位移增大,在进行墩柱配筋和交界墩搭接长度设计时应进行考虑。研究结论可供库区大跨度墩-塔-梁固结体系斜拉桥抗震设计参考。