地震动卓越周期对在役高墩刚构桥时变响应的影响

为明确地震动卓越周期和材料性能劣化对高墩刚构桥地震响应的影响规律和机理,以某高墩连续刚构桥为背景,采用有限元法分析该桥在不同卓越周期地震波作用下的时变响应;建立与该桥基本周期相对应的单自由度体系,赋予其随服役时间变化的基本周期,分析其在正弦波作用下的时变响应规律及影响机理。结果表明:不同卓越周期地震波作用下,高墩刚构桥墩底截面的内力响应有明显差异,且随服役时间的增加逐渐下降;短、中周期结构的时变地震响应由稳态值主导,而长周期结构的时变地震响应主要受瞬态值控制,材料随服役时间的劣化有助于缓解瞬态值突变带来的不利影响;对于高墩刚构桥(长周期结构),时变响应对地震动卓越周期的变化较敏感。     

近场脉冲地震作用下穿越断层带隧道地震响应

在地震动峰值、速度脉冲及结构的地震响应等方面,近场地震动常表现出和远场地震动不同的特性。依据地震动破坏势从NGA-West2地震动库中选出2条近场脉冲型地震动,并与2条远场地震动进行对比分析,从而得到其频谱特性,即近场脉冲型地震波具有较明显的速度幅值,PGV与PGA比值及PGD与PGA比值较大,速度敏感区位于长周期段等特点。结合都汶高速公路龙洞子隧道工程,建立穿越断层带的隧道结构三维有限元模型,并以横断面方向分别输入近、远场地震波进行计算,研究近场脉冲型地震作用下穿越断层带隧道结构地震响应特性。结果表明：在近场脉冲型地震动作用下隧道的等效应变峰值较远场地震动大,并且在速度脉冲特性更显著的集集地震波作用下的应变峰值更大;与远离断层处相比,在断层面附近隧道横断面的等效应变峰值分布规律发生了变化,其横截面等效应变峰值最大处由拱脚变为拱顶,且在4种地震波作用下拱顶处结构的等效应变均超过了混凝土的峰值应变,进入破坏阶段;断层带内的隧道地震响应明显强于围岩条件较好的地层中的隧道,而断层带与较好围岩交界面附近的隧道地震响应更为剧烈,应变峰值随距断层距离的增大而迅速衰减。所得数值模拟结果与实际震害现象一致,可以为近场脉冲型地震动作用下穿越断层隧道的抗震设防提供参考。     

双层钢桁梁斜拉桥振型模态及地震响应特征研究

为研究典型双层钢桁梁斜拉桥的振型模态及地震动响应特征,建立了三维精细化有限元模型,并选取1条人工波和4条天然波分别作为输入地震荷载以模拟双层钢桁梁的地震响应过程。结果表明,桥梁整体为长周期结构体系,一阶自振周期为8.11s,基本振型特征为主梁横弯、主梁纵飘和横飘、反对称横弯。不同地震波作用下桥梁主要结构的位移峰值、内力峰值等分布规律基本一致;然而,由于人工波、El Centro波等含有更加丰富的长周期成分,对应工况下的结构动力响应相对偏大。此外,竖向正弯、竖向反弯及水平横弯等3种变形模式下,结构最大拉应力主要分布在腹杆与纵梁连接垫板、腹杆及焊接板等区域。不同地震波作用下的斜拉索轴力响应趋势均呈宽U形分布。     

跨断层桥梁地震响应特性研究

为了解跨断层桥梁地震响应规律,为桥梁抗震设计与研究提供参考,以一座跨越走滑断层梁桥为研究对象,利用混合模拟法合成了跨断层桥梁地面运动时程,基于地震动位移输入模型,采用非线性时程分析法计算了该桥的结构地震响应,并从内力和位移响应方面与对应近断层桥梁进行了对比分析。结果表明:跨断层梁桥的桥墩承受较大扭矩;在断层错动方向,断层两侧主梁、支座及桥墩的内力、位移响应方向相反,地震动结束后,存在显著的残余内力和位移,具有较大的结构破坏风险。建议设计时应基于跨断层桥梁的地震响应特性,进行针对性的抗震设防,以减轻或避免结构破坏带来的不利影响。     

基于修正反应谱高墩连续刚构桥地震响应研究

在长周期地震动低频成分的作用下,桥梁会产生剧烈的地震反应。结构在进行反应谱分析时,相关规范中反应谱并未特别考虑长周期地震动这一重要因素。通过比较发现,按规范计算的相对位移反应谱在长周期段位移随自振周期线性增加,与实际地震动记录的变化趋势和统计特征差异明显,说明按规范计算的反应谱出现严重失真现象。该文选取考虑长周期地震动因素共612条各类场地的地震记录进行统计分析,提出衰减指数线性变化的修正方法,对规范设计反应谱进行合理修正,并确定了修正反应谱公式的相关参数。通过建立某高墩连续刚构桥CSiBridge动力有限元模型对修正反应谱进行验证,在E2地震作用和考虑三向地震作用下,该文分别对桥梁进行规范反应谱、修正反应谱分析和普通地震动、长周期地震动时程分析,比较结构的位移和内力响应结果,验证考虑长周期地震动因素的修正反应谱比规范反应谱更加合理安全,可为实际桥梁的抗震设计提供参考依据。     

考虑河谷场地效应的大跨度拱桥的地震响应分析

为研究V型河谷场地效应对大跨度钢管混凝土拱桥的地震响应影响,以某大跨度钢管混凝土拱桥为工程背景并简化V型河谷场地模型,建立河谷-拱桥有限元模型,讨论在SV波作用下对桥梁的地震响应影响。结果表明:由于地震荷载是均匀作用在场地,且河谷-拱桥有限元模型是轴对称模型,因此得到的拱桥主拱圈的内力和位移响应趋势是对称分布;不同地震波作用下得到的主拱圈内力和位移响应大小不同,这和拱桥拱脚与场地连接部位的地震动强度和地震波的频谱特性有关;在进行桥梁抗震设计时,SV波作用下拱桥关键部位应重点关注。     

近断层脉冲型地震设计谱应用研究

采用非线性有限元软件SAP2000建立了以一座主跨144m的典型大跨度连续梁桥有限元模型,对比分析了采用TTN(TgTp双周期规准)近断层设计谱和现行中国铁路规范设计谱的结构多模态反应谱分析结果与实际近断层脉冲型地震动激励下结构时程响应结果之间的差异。检验了TTN近断层脉冲型地震设计谱的适用性。研究结果表明:现行铁路规范反应谱未能有效计入近断层脉冲效应,可能极大低估近断层区域工程结构在实际设防水准下的地震响应,导致结构破坏程度超出预期。基于近断层脉冲型地震设计谱的多模态反应谱分析结果与实际近断层脉冲地震动时程分析结果吻合良好,可适用于近断层区域桥梁结构的抗震分析。     

带纵坡曲线梁桥地震响应试验研究

为了研究带纵坡的曲线梁桥在地震作用下的动力响应特性,以某匝道桥为原型,设计制作几何相似比1∶10的缩尺模型进行振动台试验,分别沿X向、Y向和X+Y向输入地震动,分析水平地震作用下曲线梁桥的地震响应。结果表明:地震波X向输入使主梁产生平动兼有转动,在平面内产生弯曲,Y向输入时,主梁的转动效应较小;高墩对桥墩位移具有一定的放大作用,桥墩位移响应与地震波输入方向之间的角度越小,桥墩位移越显著,固定墩在地震波双向输入时更加不利;支座位移与地震波输入方向之间的角度越小,支座位移越大;地震波X向输入时,低墩处容易产生落梁、高墩处主梁容易与桥台挡块碰撞,Y向输入时,高墩处容易产生落梁、低墩处主梁容易与桥台挡块碰撞。     

近断层脉冲型地震动作用下大跨斜拉桥的地震响应特征分析

以一座双塔双索面半飘浮体系大跨度斜拉桥为工程背景,计算分析了纵向+竖向和横向+竖向激励下近断层脉冲型地震动、近断层非脉冲型地震动和远场地震动对大跨斜拉桥地震响应的影响.结果 表明:近断层脉冲型地震动、近断层非脉冲型地震动和远场地震动作用下,大跨斜拉桥主塔和主梁的地震响应规律基本相同;近断层脉冲型地震动对大跨斜拉桥主塔和...     

高墩大跨连续刚构桥地震响应分析

高墩桥梁与传统的中低墩桥梁在地震响应上具有较大的区别,我国现行的桥梁抗震规范对此没有明确的规定。为研究高墩桥梁的地震响应特点,以某高墩大跨连续刚构桥为研究对象,采用Midas/civil 2015建立有限元动力分析模型,进行非线性时程分析。结果表明,高墩桥梁的墩顶和墩底不仅会出现塑性铰,在墩身某处也会出现塑性铰;桥墩控制截面的变形和位移不再建立对应的关系。     

大跨度悬索桥非线性地震反应响应规律探讨

以简支单跨体系的润扬悬索桥和双塔双跨的舟山西侯门大桥为工程背景,建立了非线性动力分析有限元模型。以悬索桥的主要承重构件主缆与主塔的响应为研究对象,选取四类场地共31条地震波对不同类型悬索桥进行非线性地震反应分析。分析表明,悬索桥桥塔在不同地震作用下的位移曲线以及弯矩响应具有良好的一致性,与悬索桥桥型、地震震级无关;地震波中的长周期成分对具有长周期特性的悬索桥的结构响应有重要的影响;主缆动轴力比其恒载轴力小一个数量级,在结构的简化模型中可考虑忽略。     

大跨三塔斜拉桥非线性地震响应分析

为评定某大跨三塔斜拉桥的抗震性能,文章对该结构开展非线性地震响应分析。根据场地类型选取El Centro地震波、Chi-Chi地震波并进行调整,并于桥址处人工合成地震波一起作为结构地震动输入,考虑结构非线性以及边界非线性,采用Newmark-β逐步数值积分方法进行桥梁结构非线性时程分析,得到不同地震波激励下,结构位移及内力响应。     

超高墩大跨刚构桥梁行波效应分析

以三水河大桥为工程背景,对超高墩桥梁地震作用下行波效应进行分析。采用SAp2000计算对比基于绝对位移法与普通加速度地震动一致激励,分析不同输入模式,不同波速对超高墩地震响应的影响。     

考虑地基-结构相互作用的钢管混凝土拱桥非线性地震响应

考虑地基-结构相互作用情况,研究了上承式大跨度钢管混凝土拱桥线性及非线性地震响应.以其上承式钢管混凝土拱桥为工程背景,以三维粘弹性人工边界模拟远场地基的辐射阻尼和弹性恢复性能,建立了包括基岩和上部桥梁的整体分析模型,沿纵桥向输入amax=0.2g迁安地震波,在考虑地基-结构相互作用条件下研究了上承式大跨度钢管混凝土拱桥线性及非线性地震响应.研究表明非线性行为在桥梁进行地震响应位移分析时是不可忽视的,考虑非线性后拱肋地震响应位移计算结果增大,主拱肋部分截面弯矩My、Mz大于线性计算时结果;下弦管轴力在拱脚附近非线性计算时结果大于线性计算时结果,但幅度不大,在跨中附近非线性计算时结果小于线性计算时结果.     

近场长周期地震动脉冲特性对减隔震桥梁地震响应的影响研究

针对减隔震桥梁,选取不同的地震动激励,采用非线性时程分析方法,分析了长周期地震动脉冲特性对减隔震桥梁地震响应和减震效果的影响,并与非减隔震桥梁进行对比。结果表明,长周期地震动的脉冲特性对支座减隔震性能的发挥较为不利,但尚具有一定的减隔震作用;在脉冲型地震动作用下,桥梁的地震响应明显大于脉冲特性不明显地震动作用时的响应,尤其主梁纵向位移放大了3~6倍,应加强防落梁措施。在长周期地震动影响较大的区域修建减隔震桥梁时应关注地震动的脉冲特性对其产生的不利影响。     

高墩大跨曲线桥在长周期地震动作用下的响应分析

本文从实际工程案例出发,对高墩大跨刚构桥梁在长周期地震波作用下的响应进行分析研究。通过建立有限元分析软件的方法,通过建立4种不同墩高的桥梁模型,分别对这4种墩高的桥梁输入4种地震波,研究在长周期地震动作用下,不同墩高的位移响应。     

跨断层带隧道结构力学与地震动响应特性研究

通过分析现场实测应力数据,首先对雅康高速跨断层破碎带的紫石隧道进行了支护结构的力学特性研究,然后进一步通过三维数值仿真分析,对紫石隧道进行了地震动力响应研究。研究内容包括地层位移响应、衬砌结构与围岩的加速度响应及二衬结构的内力分布特征等。研究结果表明:穿越断层破碎带隧道二衬需要分担50%～60%围岩压力;内力最大的截面为拱顶和拱脚处;隧道衬砌内力前30d快速增长,30d后增速降低,90～100d后趋于稳定,二衬弯矩在截面上呈"云状"分布;地震作用下,隧道断层破碎带段围岩位移和加速度的动力响应均比普通围岩更为明显;断层破碎带与普通围岩接触面存在较大的位移错动量,且该处加速度响应不同步,容易引起错动破坏;隧道各段衬砌横断面上的内力分布特征基本相同,但断层破碎带段有更大的内力极值,内力极值位于断面共轭45°方向;隧道抗震设防既应考虑断层破碎带段,也应考虑其与普通围岩的过渡段等。     

大跨高墩小半径刚构—连续组合梁桥地震响应分析

为研究大跨高墩小半径刚构-连续组合曲线梁桥的地震响应,以某(40+6×80+40)m的刚构-连续组合梁铁路特大桥为背景进行分析.采用ANSYS建立全桥有限元模型,计算桥梁动力特性,并采用反应谱法和时程分析法对桥梁在地震作用下的内力和位移进行分析.分析结果表明:增大桥墩刚度、采用墩梁固结方式能够提高刚构-连续组合曲线梁桥的整体性,有利于桥梁的抗震;从地震响应(位移、弯矩)综合考虑,对该类桥梁最不利的地震波激励角度为0°、90°(分别对应顺桥向、横桥向),增大横向刚度可减小桥梁结构的横向位移,增大墩底截面面积可减小桥梁结构在水平地震作用下的地震响应;总体上来说,在横桥向地震波激励下该类桥梁横向位移和面外弯矩最大,在顺桥向地震波激励下该类桥梁纵向位移和面内弯矩最大.     

Analysis of Long-period Seismic Response of Long-span Cable-stayed Bridge Considering Soil-structure Interaction

为分析处于软土地基上的大跨度斜拉桥在长周期地震动下的反应,通过ANSYS有限元软件和SHAKE土层地震反应分析程序等辅助软件,基于Penzien模型建立了某大跨度斜拉桥的整体有限元模型.选取一条长周期地震波和一条普通地震波比较分析了自由场地的地震反应,并在此基础上对考虑土一结构相互作用的斜拉桥地震响应进行了研究.结果表明,长周期地震动对软弱土层产生的不利影响要远远大于普通地震动,部分土层产生液化并丧失承载能力,同时,软土地基上的大跨度斜拉桥对长周期地震动十分敏感,结构的地震响应要明显大于普通地震动作用下的响应.     

城市大跨度连续梁拱桥减隔震措施研究

为研究不同减隔震支座应用于大跨度桥梁中的减隔震效果,以某座城市大跨径连续梁拱桥为研究对象,在OpenSEES有限元分析平台中建立全桥非线性分析模型,选取近场、远场及人工地震动作为输入,对比研究了在设置球型钢支座、摩擦摆减隔震支座以及速度锁定器后的桥梁关键部位的地震响应特性。结果表明,摩擦摆减隔震支座与速度锁定器都能使得梁拱体系下部结构的地震位移响应显著降低,但在近场地震动作用时,设置减隔震支座可能会增大上部结构的位移响应;同普通球型钢支座相比,两种减隔震支座都能显著降低地震作用下桥梁下部结构的剪力及弯矩响应,且速度锁定器的降幅更大。综合而言,速度锁定器的减隔震效果更好,但使用时应注意平衡体系上下部结构间位移响应的关系。