基于ansys的多跨下承式拱桥地震响应分析

运用有限元分析软件ansys对一个50 m＋100 m＋50 m的三跨连续下承式系杆拱桥进行分析,建立了其有限元分析模型,并且对其进行了模态分析和动力反应谱分析的方法来计算多跨连续下承式系杆拱桥结构在地震作用下的动力响应。并且通过各节点的位移时间历程关系来了解其动力特性,以期为多跨下承式拱桥的设计以及抗震分析提供参考。     

大跨度系杆拱桥的结构形式对动力特性及地震响应的影响探讨

我国目前建造的系杆拱桥以竖直拱面和垂直吊杆为主流形式,本文通过对比研究,系统探讨了系杆拱桥的拱肋及吊杆的结构形式变化对系杆拱桥动力特性及地震响应的影响,基于结构动力特性及抗震性能对其拱肋及吊杆形式的选择提出了合理建议,对于桥梁结构选型具有指导意义。     

铁路钢管混凝土系杆拱桥施工过程监控及受力性能分析

以某铁路钢管混凝土系杆拱桥为工程背景,采用Midas软件,根据施工过程建立了有限元模型,对各施工阶段拱肋、系梁和吊杆的应力和变形进行了分析。对该拱桥进行了应力及线形施工监控,详细介绍了监控方法及测点布置方案,并将实测值与数值计算结果进行了对比。结果表明:拆除系梁支架后系梁和拱肋的挠度增加幅度明显;随着拱桥整体刚度的增大,系梁压应力下降,拱肋压应力增加,体现出系杆拱桥的受力特征;系梁和拱肋的实测应力和位移均与有限元计算结果比较吻合,说明施工监测方案合理,可为同类结构的施工监测提供参考。     

构造形式对钢管混凝土拱桥动力性能的影响

为研究钢管混凝土拱桥的动力特性,以黑龙江省哈同公路依兰牡丹江拱桥为例,应用大型有限元软件ANSYS建立了8种结构形式组合的拱桥空间有限元模型。在不同结构形式下,以匀速移动常量力作用在桥面上来模拟车辆对桥梁的强迫振动,得到了跨中截面和拱顶截面的竖向、横向位移以及加速度响应的极值：并得到了拱顶截面和1／4拱肋截面的动内力极值,分析出各种结构形式对桥梁强迫振动特性的影响。为改善大跨度中承式钢管混凝土拱桥的动力性能提供理论依据。     

双线铁路钢管混凝土系杆拱桥设计

本文首先介绍了某铁路96m系杆拱桥的主要构造尺寸,通过采用数值分析手段对钢管混凝土拱桥的结构进行了分析。分析结果表明,钢管系杆拱桥具有结构高度小、竖向刚度大和良好的动力特性,因而在实际设计中可以大力推广。     

钢管混凝土系杆拱桥中墩处拱脚应力分析

为准确掌握拱脚的应力分布,指导结构设计,通过大型空间有限元分析程序对某(88+88)m钢管混凝土系杆拱桥中墩处拱脚及与其相连接的系梁进行分析。分析结果表明,在最不利工况下,系梁靠近中支点实体混凝土的箱梁底板混凝土压应力较大;拱座顶部混凝土存在一定水平的顺桥向拉应力;在拱肋与拱脚的局部连接位置产生非常明显的应力集中现象;中墩处系梁实体混凝土内配置横向钢束后,该处混凝土横、竖桥向应力水平较低,仍以平面受力为主。     

大跨度刚架系杆拱桥的动力特性分析

针对大跨度刚架系杆拱桥的动力特性进行了分析,参考茅草街大桥的设计,采用ANSYS有限元程序建立这一类钢管混凝土拱桥的力学分析模型,利用子空间迭代法计算了该模型的自振频率和振型,分析了主拱肋内倾角、矢跨比、横撑的结构形式和布置方案以及宽跨比等参数的变化对刚架系杆拱桥动力特性的影响,得到了这类体系的动力特点,为合理、安全地设计这类桥梁提供参考依据。     

考虑竖向地震力作用下桥墩的响应分析

为了研究竖向地震力作用对钢筋混凝土桥墩时程响应的影响,利用有限元软件Open Sees对不同地震波、长细比及轴压比情况下考虑竖向地震力前后的钢筋混凝土桥墩进行时程分析。对比各个工况下桥墩的时程响应,结果表明:竖向地震力作用对桥墩的时程响应有较大影响。因此在对钢筋混凝土桥墩进行抗震分析时,建议考虑竖向地震力作用。     

大跨简支系杆拱桥非线性稳定性

宁杭高速公路南河大桥为主桥130m跨径简支下承式钢管混凝土系杆拱桥。在考虑了拱桥非线性稳定性影响因素基础上,利用有限元ANSYS结构分析程序,建立了拱桥结构稳定性分析空间有限元模型,给出了该桥常见的失稳屈曲模态,研究了大跨简支系杆拱桥的非线性稳定性求解策略,并对南河大桥简支钢管混凝土系杆拱桥进行了非线性稳定性计算。结果表明,钢管混凝土拱脚处的拱肋首先形成塑性铰,破坏时的极限荷载达到正常使用荷载的3．50倍,满足稳定性要求。     

竖向地震对大跨度连续刚构铁路桥地震响应的影响

以内蒙古在建的大准铁路增二线黄河连续刚构特大桥为研究对象,采用反应谱分析方法研究了其在水平地震单独作用下、《公路桥梁抗震设计细则》和《铁路工程抗震设计规范》中规定的不同竖向地震分别同水平地震组合下的地震响应。结果表明:考虑竖向地震对连续刚构桥的地震响应非常明显;水平地震和《铁路桥梁抗震规范》中的竖向地震组合时结构地震响应较按《公路桥梁抗震设计细则》竖向地震组合时结构地震响应大,内力最大增幅为27%,位移为26%。     

大跨度钢管混凝土拱桥的地震反应性能

针对跨径为（７６＋３６０＋７６）ｍ某大跨度钢管混凝土系杆拱桥的特点,详细介绍了其分析模型的建立方法,动力特性特点及共在地震动作用下响应,并深入讨论了不同行波波速对该拱桥地震反应性能的影响,分析表明,主拱肋跨中截面的地震反应内力较小,而拱脚截面ｌ／４～３ｌ／８等截面的地震反应内力则相对较大,行波效应对拱桥的地震反应有较大的影响,一般来说考虑行波效应后其竖向位移,轴力均增大,而横向位移减少。     

地震作用下轨道-桥梁系统损伤与轨道不平顺的对应关系

针对地震作用下高速铁路轨道-桥梁系统损伤与轨道不平顺的对应关系不明确问题, 运用能量变分原理,推导了多层叠合结构层间变形协调关系表达式,将该表达式应用在高速铁路单元式和纵连式无砟轨道-桥梁系统中,按系统轨道形式与梁跨结点进行划段装配,提出了考虑路基与简支引桥影响的高速铁路基础结构变形与轨道不平顺的对应关系;采用现场实测、数值仿真模型与列车-轨道-连续梁桥-路基耦合动力学理论对对应关系进行了验证,并统计了地震作用下轨道-桥梁系统的损伤规律;基于提出的对应关系求得了考虑地震损伤的轨道不平顺样本,并采用数值仿真模型对其进行验证。研究结果表明:提出的对应关系与数值仿真模型求得的桥梁变形引起的轨道不平顺及现场实测值吻合较好,最大误差不超过5%,且轨道不平顺作用下车-桥动力学性能指标变化也基本一致,验证了本文提出的对应关系的正确性和有效性;地震作用下轨道-桥梁系统层间各部件的损伤较小,而支座的损伤较大,系统部件最大损伤位置在主梁梁缝处,但也仅约为支座损伤的1%;在不同水准地震作用下,采用提出的对应关系和数值仿真模型计算的地震损伤与轨道不平顺的对应曲线均吻合良好,说明提出的对应关系可用于计算与预测地震作用下高速铁路轨道-桥梁系统的轨道平顺性。      

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.      

大跨度上承式钢管砼拱桥的地震响应分析

研究大跨度上承式钢管砼拱桥在地震激励作用下的响应特性.对比了中、上承式钢管砼拱桥的自振特性,采用时程分析法分析了纵向、竖向、横向激励作用下,上承式钢桁拱桥的响应特性,讨论了多点激励对上承式钢管砼拱桥地震响应的影响,并与中承式钢管砼拱桥的地震响应特性进行了对比分析.     

大跨度上承式钢管砼拱桥的地震响应分析

研究大跨度上承式钢管砼拱桥在地震激励作用下的响应特性.对比了中、上承式钢管砼拱桥的自振特性,采用时程分析法分析了纵向、竖向、横向激励作用下,上承式钢桁拱桥的响应特性,讨论了多点激励对上承式钢管砼拱桥地震响应的影响,并与中承式钢管砼拱桥的地震响应特性进行了对比分析.     

拉萨柳梧大桥抗震性能研究

复式钢箱提篮拱是一种新型的桥梁结构形式，以拉萨柳梧大桥为例主要介绍了该桥型的受力特点、动力特性及其在地震作用下的反应特性。复式钢箱提篮拱桥面系在横桥向地震作用下横向位移量较大，不同方向地震作用下，主副拱内力响应不同，主桥拱肋有较好的整体性及抗震性能。     

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.      

列车荷载下桥上CRTS Ⅲ型板式无砟轨道挠曲力与位移

针对中国自主研发的CRTSⅢ型板式无砟轨道在运营阶段的受力变形问题, 以梁-板-轨相互作用原理为基础, 考虑钢轨、轨道板、自密实混凝土层及底座板等细部结构的空间尺寸与力学属性, 运用有限元法建立了高速铁路桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道无缝线路精细化空间耦合模型; 计算了列车荷载作用下轨道及桥梁结构的挠曲力与位移, 分析了不同列车荷载作用长度、桥上扣件纵向阻力及墩台顶固定支座纵向刚度对挠曲力与位移的影响。研究结果表明: 在全桥加载情况下, 多跨简支梁桥上钢轨挠曲力在支座处表现为拉力, 跨中表现为压力, 大跨连续梁主桥上钢轨挠曲力在两侧边跨表现为拉力, 中间跨表现为压力, 单线加载时2种桥上有载侧钢轨挠曲力分别达到了38、53 kN, 约为双线加载时的1/2;轨道、桥梁结构纵向力与位移最大值不同时出现在同一工况下, 需要根据不同的检算部件选取最不利的列车荷载作用长度, 并将ZK活载中的集中力设置在跨中位置; 采用小阻力扣件可以改善钢轨受力与变形, 简支梁桥和连续梁桥上钢轨最大挠曲力分别减小了35%和22%, 钢轨纵向位移分别减小了7%和5%, 但轨板相对位移分别增大了26%和30%, 需加强观测以控制钢轨的爬行; 从轨道及桥梁结构的安全性与耐久性角度考虑, 建议将墩台顶纵向刚度控制在设计值的1.0~1.5倍范围内。      

桥墩温度梯度对桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道纵向力的影响

针对桥墩温度梯度引起的桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道纵向附加力与变形, 以梁-板-轨相互作用原理和有限元法为基础, 建立了多跨简支梁桥和大跨连续梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路空间耦合模型, 详细考虑了钢轨、轨道板、CA砂浆、底座板及桥梁等主要结构和细部结构的空间尺寸与力学属性; 采用单位荷载法计算了桥墩纵向温差作用引起的墩顶纵向位移, 分析了墩顶位移影响下桥上无砟轨道无缝线路纵向力与位移的分布规律。分析结果表明: 当各墩顶发生均匀位移时, 多跨简支梁桥和大跨连续梁桥上无砟轨道无缝线路纵向力分布规律及其最大值一致, 且随着墩顶均匀位移的增加而线性增大, 轨板相对位移峰值均出现在两侧桥台、台后锚固结构末端以及第2跨和最后一跨固定支座墩顶处; 当墩顶均匀位移为5 mm时, 多跨简支梁桥和大跨连续梁桥上钢轨最大纵向力分别为79.62和79.54 kN, 最大纵向位移分别为4.94和4.91 mm, 轨板最大相对位移均为0.23 mm; 当各墩顶发生不均匀位移时, 钢轨纵向力及轨板相对位移均在邻墩位移存在差异处发生突变, 多跨简支梁桥上固结机构纵向受力大于大跨连续梁桥; 对于高墩桥梁, 需重点关注相邻墩身高差最大处的轨板相对位移、底座板与桥梁相对位移及固结机构的纵向受力。      

高速铁路桥上无缝线路断轨力计算模型

在吸收前人研究成果的基础上,采用实体单元模拟桥梁及桥梁墩台,采用空间梁单元模拟钢轨及轨枕,采用弹簧单元模拟钢轨、轨枕、桥梁与墩台之间的连接,建立了断轨三维有限元空间力学模型。以秦沈客运专线10跨32 m简支双线整孔箱形梁桥为例,对其进行断缝值影响因素分析。研究结果表明:对于多跨简支梁桥,断缝与梁温度变化幅度、断缝位置、支座摩擦阻力关系不大;断缝值与扣件纵向阻力、钢轨温度变化幅度、桥墩纵向刚度、钢轨类型关系比较密切;断缝值及采用的力学计算模型也有一定的关系,相比传统计算模型,空间力学模型计算结果偏小。