洛河特大桥抗震性能计算

为了准确计算洛河特大桥的地震反应,基于大跨径桥梁地震反应分析方法,建立了考虑桩-土相互作用的全桩模型,将波速大于500 m.s-1处的桩截去,并考虑桩-土相互作用的截桩模型与考虑各桥墩处场地土不同所产生的多点激励以及地震波有限波速传播所引起行波效应的大质量模型,采用大型通用有限元程序ANSYS进行桥梁三维地震动态时程分析。结果表明,高墩的位移响应与轴力大;墩越矮,横桥向剪力、顺桥向剪力以及顺桥向弯矩越大;截桩模型与全桩模型的位移响应在横桥向与顺桥向的最大偏差分别为7.4%与8.2%,故截桩模型可用作长桩桥梁时程的简化分析;大质量模型受质量块的大小以及桥墩高差的影响较大,跨径小于160 m以及桥长小于660 m的连续刚构桥对行波效应不敏感,因此,在高墩大跨径连续刚构桥抗震设计时,应考虑桩-土相互作用,并加强高墩的延性设计与矮墩的截面抗力设计。     

大跨连续刚构桥行波效应分析

随着桥长的增长,大跨桥梁的地震反应随着地震动输入在空间上的不同而效应逐渐明显,采用大质量法,采用输入波速为300 m/s、600 m/s、1 200 m/s、1 800 m/s、3 000 m/s对地震作用下连续刚构桥进行空间效应地震反应分析,结论表明:考虑行波效应时,结构的内力和位移值与输入的地震动有关,视波速越小,内力和位移变化越剧烈,对于高低墩不同的情况,矮墩的反应剧烈程度与高墩不同,与输入的地震波波速有关。     

非一致地震激励下列车-轨道-桥梁耦合振动模型

为探讨行波效应对地震作用下高速铁路桥上列车行车安全性的影响,基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论,采用35个自由度的机车车辆模型、板式无砟轨道模型和桥梁有限元模型,通过引入地震多点激励模式,建立了非一致地震激励下的列车-轨道-桥梁耦合振动模型,并编制了相应的仿真分析程序.以跨度32 m的简支梁桥为例,输入El Centro地震波,计算了一致激励和行波激励下车桥系统的动力响应.结果表明:行波效应对耦合系统动力响应幅值的影响很大.当车速为350 km/h、行波速度为300 m/s时的脱轨系数、轮重减载率和轮轨横向力比一致激励分别降低84.1%、19.5%和87.8%.因此,忽略行波效应可能造成对地震时桥上列车行车安全的误判.      

大跨自锚式斜拉-悬索协作体系桥地震响应及减震控制分析研究

基于结构非一致激励地震动方程,建立空间非线性有限元模型,探讨一致输入、行波输入下结构的地震响应.分别以主梁纵向位移、塔底内力为控制目标,研究粘滞阻尼器参数变化对结构减震效果的影响.计算结果表明:地震作用下塔底顺桥向弯矩达365.12MN.m,对自锚式斜拉-悬索协作体系桥的设计起控制作用;行波效应使得主梁跨中横向位移增大42%,横向弯矩减小14%;结构纵向位移及塔底内力在考虑行波效应后减小9%左右,安装参数合理的阻尼器使主梁纵向位移减小44%,主梁跨中弯矩和剪力减小41%,塔底纵向弯矩减小37%,达到减震效果.     

地震激励下大跨度连续刚构桥与轨道受力特性

为研究大跨度连续刚构桥与轨道系统地震响应规律,建立考虑轨道约束的大跨度连续刚构桥与轨道系统一体化仿真模型。以某3-32 m简支梁桥+(72+128+72)m连续刚构桥+3-32 m简支梁桥为例,分析轨道约束对桥梁-轨道系统抗震能力的影响,研究地震波水平输入角度参数对地震响应影响,探讨竖向地震波作用下系统纵向受力和变形规律。研究表明:纵向地震响应下钢轨承受较大应力,呈"双菱形"分布,竖向激励对钢轨地震力和下部结构受力影响较小;随着地震波水平输入角增大,钢轨纵向应力减小,墩顶水平力、墩底剪力、墩顶水平位移均表现为顺桥向减小而横桥向增大;钢轨能增强桥梁整体性,对抗震性能提升有利;轨道结构能减小简支梁桥墩顶水平位移及墩底剪力,对连续刚构桥影响不大。     

行波效应对铁路斜拉桥地震反应的影响

阐述了应用大质量法模拟行波效应的基本原理,推导了大跨度桥梁考虑行波效应影响的分析模型及求解方法.以某一实际铁路大跨斜拉桥为工程背景,分析了在不同的视波速下的行波效应对斜拉桥主塔地震反应的影响,并与一致激励下的结果进行了对比.结果表明:行波效应对铁路斜拉桥主塔的地震反应影响较为显著,进行抗震设计时,应重视行波效应对主塔的不利影响.     

地震作用下高速列车-线路-桥梁系统动力响应

为分析地震对高速列车通过桥梁时行车安全性的影响,基于高速铁路列车-线路-桥梁动力相互作用理论,建立了考虑地震输入的高速列车-线路-桥梁耦合动力学模型.以跨度32 m的简支箱梁桥和双块式无砟轨道为研究对象,对地震作用下高速列车通过桥梁时系统的动力响应进行了数值计算.结果表明:地震对高速列车-线路-桥梁系统动力响应的影响明显,对桥梁横向振动响应的影响大于对竖向振动响应的影响;地震会降低高速列车通过桥梁时的行车安全性和运行平稳性———在水平1.0 m/s2,竖向0.5 m/s2的规格化El Centro地震波作用下,当列车运行速度超过250 km/h时,轮重减载率超过了安全限值;当列车运行速度达300 km/h时,脱轨系数超过了安全限值.因此,评判地震作用下高速列车通过桥梁时的行车安全性,应考虑行车速度的影响.     

大跨度连续梁拱桥多点多维地震响应分析

为研究多点多维地震动作用下大跨度连续梁拱桥的动力响应,以我国南方某主跨为139 m的钢管混凝土连续梁拱桥为研究对象,基于有限元软件OpenSEES建立桥梁的三维有限元分析模型,人工合成空间非一致地震动,探究地震动的失相干程度、场地条件及行波波速对桥梁动力响应的影响. 研究结果表明:地震波的空间变异性效应会对连续梁拱桥的地震响应产生明显影响,仅考虑一致地震动激励会高估桥梁结构的地震响应;场地效应对桥梁地震响应的影响规律最为突出,随着支撑点处的场地越来越松软,桥梁各个部位的内力及位移响应均大幅增加;地震动的失相干效应越明显,桥梁拱肋的内力越大,位移越小;行波效应对桥梁结构的地震反应没有较为明确的影响规律,但不可忽略其作用,仅考虑行波效应会严重低估下部结构的地震响应;在大跨度桥梁结构的地震响应分析中,应着重考虑地震动的空间变异性效应,并且准确衡量各因素的作用.      

三塔斜拉桥抗震性能非线性时程分析

以正在建设的一座大跨径3塔结合梁斜拉桥为研究背景,建立空间动力有限元模型,对E1和E2水平的三向地震作用下结构地震反应进行了非线性时程分析,并研究了行波效应对结构地震反应的影响.结果表明:该桥在两阶段设防的地震反应符合相关抗震规范要求,具有较好的抗震性能;主塔地震反应中,弯矩与应力分布规律有不一致的现象;行波效应对3塔斜拉桥中塔纵向地震反应的影响很小,对边塔的影响较大,且相对一致激励为不利影响,其随视波速的增大而减小;行波效应对主塔横向地震反应影响很小.     

大跨度刚构桥的地震反应分析

建立并推导了长大跨度桥梁考虑多点激励和行波效应的分析模型及方程。研制了桥梁非线性地震反应分析程序ＳＥＩＳＡＰ，利用该程序对跨度为２００ｍ的刚构桥进行了地震反应分析。行波波速，多点激励和不同地震运输人对不同桥梁的影响程度是不同的。地震波的相位差和地基土层性质对桥梁的地震反应有重要影响。     

地震空间变化性对高墩铁路桥碰撞响应的影响

为了研究不同地震动参数对高墩铁路桥碰撞的影响,以一座典型高墩铁路桥为例,基于OpenSees平台采用弹塑性动力时程分析方法对其在一致激励及多点激励下的碰撞响应进行了理论分析.首先,采用Hertz-damp模型充分考虑了结构在碰撞过程中的能量耗散和刚度变化;其次,依据中国桥梁抗震规范并基于"谱兼容"的方法选取了符合不同场地条件的天然地震记录;最后,在此基础上完成了考虑行波效应和场地效应的高墩桥碰撞响应对比分析.研究结果表明:地震动的空间变化性不但会对桥梁结构的内力产生显著影响,还会增大结构的振幅或加剧相邻结构之间的不同步振动,从而显著增大碰撞发生的概率和碰撞力的大小,在桥梁的抗震设计中应考虑其对桥梁结构碰撞产生的影响,否则会错误的估计结构的响应;行波效应会改变地震动的相位角,对梁-梁处的碰撞影响更为显著,特别是视波速较小时,而场地效应会增大地震动的幅值,对梁-桥台处的碰撞影响更为显著,在进行防撞减撞设计时不但要考虑地震动的空间效应,还应充分考虑导致结构不同部位发生碰撞的主要因素,以便采取合适的减撞措施和设计方法.      

双薄壁墩间距对连续刚构桥地震响应的影响

为了研究桥墩布置形式对连续刚构桥地震响应的影响,以某弯连续刚构桥为例,采用通用有限元程序分析了5种不同的双薄壁墩间距对桥梁结构自振频率的影响,选取桥位场地人工合成地震波,对其进行了弹性地震响应分析。分析结果表明:当双薄壁墩间距在主跨径的1/20～1/25之间变化时,结构基频变化不超过5%,在地震作用下,主梁的弯矩、墩底弯矩及主梁位移最大变化不会超过12%,说明薄壁墩间距对结构自振频率及地震响应的影响不大,在初步设计阶段或进行弹性地震响应分析时,如果双薄壁间距在以上范围内变化,可以不考虑它对结构动力性能的影响。     

考虑桩土相互作用的车-轨-桥系统地震响应分析

弄清桩土相互作用对车桥系统地震响应的影响对于研究地震引起的高速铁路桥上列车行车安全问题十分必要. 基于列车-轨道-桥梁耦合振动理论,采用Winkler地基梁模拟群桩基础并通过m法计算弹簧参数,建立了地震作用下的列车-轨道-桥梁-群桩耦合振动模型,并编制了仿真分析程序. 以某（88 + 168 + 88）m预应力混凝土连续刚构桥为例,分别建立了考虑桩土相互作用的群桩基础模型以及作为对比的刚性基础模型和弹性基础模型,通过输入3条典型地震波,计算对比了3种模型的耦合振动响应,研究了桩土相互作用的影响. 结果表明:地震作用下桩土相互作用对桥梁、轨道和列车子系统动力响应的影响横向大于竖向,且对桥梁、轨道子系统动力响应的影响大于列车子系统;对于本文的计算条件,不考虑桩土相互作用会使桥梁、轨道和列车子系统的动力响应偏小,其中列车的脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力平均值分别偏小5.8%、8.6%和9.0%;桩土相互作用对列车行车安全性指标的影响不会随车速的变化而变化. 本文的研究成果可为震区高速铁路桥梁的抗震设计提供参考.      

大跨度斜拉桥多维多点随机地震激励响应分析

为研究大跨度斜拉桥地震激励下的平稳随机响应规律,以某大跨度斜拉桥为例,用ANSYS软件建立了三维有限元分析模型.考虑地震动的多维性、行波效应、部分相干效应及局部场地效应对主梁及主塔位移和内力随机响应的影响,用该模型分析了大跨度斜拉桥在多维多点地震激励下的响应.研究结果表明:相对于一致激励,大跨度斜拉桥在多维多点激励下的结构响应显著增大,主梁的纵向位移增大了约2.3倍,①号塔顶的纵向位移和塔底横向弯矩分别增大了约2.2和2.3倍;仅考虑一致地震激励不能保证大跨度斜拉桥的结构安全;考虑行波效应时斜拉桥的地震响应减小,相干效应较小可忽略,软场地条件下结构的地震响应更大.      

三塔斜拉桥多点激励地震反应特性分析

以某空间框架式索塔3塔连续梁支承体系斜拉桥为例,采用多点时程反应分析方法研究了纵向和横向多点激励（仅考虑行波效应）对该类型桥梁地震响应的影响。研究结果表明：纵向多点地震激励下,行波效应对3塔斜拉桥中塔受力影响较小,边塔较大;同样,行波效应对两中跨主梁影响相对较小,两边跨则较大。横向多点地震激励下,无论是对于3塔斜拉桥中塔还是边塔,行波效应对于主塔受力是有利的,随着行波波速的降低,主塔响应呈下降趋势,对主梁来说,则可能放大主梁地震响应;存在一个最不利行波波速,在该行波波速下,结构响应取最大值。     

基于反应谱法的高墩连续刚构桥地震响应分析

以某(84+160+84)m连续刚构桥为背景,建立了考虑主梁—桥墩、主梁—桥墩—桩基与主梁—桥墩—桩基—土层3种有限元模型,对3种模型进行了自振频率与振型的比较分析,同时也对主梁—桥墩—桩基—土层模型进行了典型截面的内力与位移计算分析。研究结果表明:相同振型下,考虑主梁-桥墩有限元模型的自振频率比考虑主梁-桥墩-桩基-土层的自振频率大;横向地震加速度对连续刚构桥梁体弯矩影响较大,最大值达到7 960.4 k N·m,设计时应加以考虑;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,最大剪力数值为288.8 k N;横桥向地震加速度对梁体横向位移为27.2 mm,对安全造成较大影响,需要特别引起重视;横桥向地震加速度对顺桥向位移仅为0.4 mm,影响较小。     

横向陡坡地形矮高墩梁桥地震反应参数分析

对比分析某山区双柱墩梁桥在横向陡坡地形和常规地形下的地震反应及不同矮、高墩刚度比情况下的地震响应,结果表明:桥墩横向刚度差异对墩顶位移、桥墩剪力、墩底最大弯矩的影响较大。高墩位移随矮、高墩刚度比的增大逐渐增大,剪力和弯矩逐渐减小;矮墩位移随矮、高墩刚度比的增大逐渐减小,剪力和弯矩逐渐增大;矮、高墩在纵向的位移差随二者刚度比的增大而增大,即矮、高墩的纵向位移趋于不同步,盖梁出现扭转。     

考虑SSI的整体式钢桥抗震性能参数分析

利用SAP2000建立了某整体式钢桥的三维有限元模型, 采用非线性弹簧单元和阻尼单元模拟地震作用下桥台-土和桩-土之间的相互作用, 分析了桥梁的模态、非线性时程与相应的参数, 研究了考虑土-结构非线性相互作用的整体式钢桥动力特性和抗震性能, 以及整体式桥台系统的主要设计参数对此类桥梁动力特性和抗震性能的影响。研究结果表明: 压实台后填土、增加桥台高厚比、增加桩周土刚度将使桥梁结构纵向主频增加约6.5%~16.0%, 而H型钢桩的朝向影响仅为1.6%左右; 结构地震响应随着桥台高厚比增加而明显降低, 桥台高厚比为1.44时, 桩顶截面处于塑性阶段, 而高厚比增大到3.15和3.85后, 桩保持弹性状态; 随着台后土密实度的减小, 结构的地震响应明显增大, 增幅大都在40%以上; 桩的朝向由绕强轴弯曲调整为绕弱轴弯曲时, 桩的最大弯矩减小, 但弯曲应力增大, 材料由弹性进入塑性阶段; 随着桩周土刚度增大, 桥梁位移响应明显减小, 桩顶、台顶最大位移及墩底弯矩减小50%左右, 但是桩顶弯矩增大40%以上, 桩的朝向对此几乎无影响; 在满足设计要求及合理范围内, 建议采用高厚比较大与柔性较高的桥台, 并压实台后填土以减小整体桥结构的地震响应, 桥台基础采用H型钢桩时, 建议将其朝向调整为绕强轴弯曲以减小桩、桥台和墩柱的最大弯曲应力与位移。      

地震作用下特大型桥梁嵌岩桩基础动力响应

依托铺前大桥实体工程, 基于人工质量模型和桩-土惯性相互作用机理, 通过振动台模型试验, 选用叠层剪切式模型箱, 模拟了自由场在地震作用下的振动反应, 分析了0.15g ~0.60g (g为重力加速度) 地震动强度下大直径桥梁嵌岩桩基础加速度、相对位移、弯矩等响应特性和损伤情况等。研究结果表明: 桩基础加速度峰值从桩底至桩顶呈增大趋势, 加速度放大系数随地震动强度的增大逐渐减小, 输入地震波为0.55g 时, 桩顶加速度放大系数趋于稳定值1.34;桩顶加速度时程响应频率低于桩底加速度时程响应频率, 上部覆盖层对地震波的放大作用和滤波效应明显; 随着地震动强度的增大, 桩顶相对位移峰值近似呈线性增大, 在0.15g ~0.60g 地震动强度下, 桩顶相对位移峰值变化范围为1.97~6.73mm; 桩基础弯矩沿桩长呈“3”字形变化, 上部软硬土层分界处和基岩面附近弯矩达到峰值, 并随地震动强度的增大而增大, 地震动强度为0.50g 时达190.9kN·m, 超过桩身抗弯承载力; 桩基础基频随地震动强度的增大呈整体降低趋势, 在0.50g 地震动强度下, 其基频较0.35g 地震动强度下低50.1%, 桩基础产生损伤; 桩顶与承台连接处、上部覆盖软硬土层界面和基岩面附近桩身在地震作用下易产生裂缝, 桥梁桩基础抗震设计时应着重考虑。      

拟静力分量对列车-轨道-桥梁系统地震响应的影响

为探讨结构拟静力分量对地震作用下高速铁路桥上列车行车安全性的影响,考虑路基和桥梁地震力边界条件,分别采用相对运动法和大质量法,在相对坐标系和绝对坐标系下处理地震力边界条件,建立了不同坐标系下的列车-轨道-桥梁系统地震响应分析模型.以跨度48 m+580 m+48 m的刚构-连续组合梁桥为例,分析了结构单向和三向拟静力分量对列车-轨道-桥梁系统地震响应的影响.结果表明:结构横向拟静力分量将显著增大桥梁横向位移、钢轨横向位移、列车脱轨系数和轮重减载率,而纵向、竖向拟静力分量的影响甚微;同时考虑结构的三向拟静力分量时,列车脱轨系数和轮重减载率均显著增大,且其相对误差随列车速度提高而增大,最大达30.5%和22.2%.因此,不考虑结构拟静力分量在列车速度较高时将严重低估车辆的动力响应,对桥上列车的行车安全性造成误判.