独柱双层高架桥墩柱振动台试验研究-Ⅰ:结构动力特性

对独柱双层高架桥墩模型进行了振动台试验,测试和分析了结构水平向动力特性,结果表明:独柱双层高架桥在纵向和横向的对应阶振型形状相似、振型顺序相同;仅取基本振型不足以表征结构主要动力特性;结构高阶振型频率对墩身中上部集中质量的变化较为敏感;墩柱截面开裂会明显降低结构自振频率、增大振型阻尼比,但对结构振型形状和振型顺序影响不大;在偏低的激励强度和振型幅值条件下进行动力特性测试,结构经历强震后的真实损伤状况无法得到准确反映。     

独柱双层高架桥墩柱振动台试验研究-I: 结构动力特性

对独柱双层高架桥墩模型进行了振动台试验,测试和分析了结构水平向动力特性,结果表明:独柱双层高架桥在纵向和横向的对应阶振型形状相似、振型顺序相同;仅取基本振型不足以表征结构主要动力特性;结构高阶振型频率对墩身中上部集中质量的变化较为敏感;墩柱截面开裂会明显降低结构自振频率、增大振型阻尼比,但对结构振型形状和振型顺序影响不大;在偏低的激励强度和振型幅值条件下进行动力特性测试,结构经历强震后的真实损伤状况无法得到准确反映.     

基于地震荷载的桥梁墩柱配筋设计及性能评价

分析了地震对桥梁结构的破坏特征,并以山西省台襄线胡李汾河大桥为例,结合ANSYS有限元数值模拟软件,对地震荷载作用下桥梁墩柱配筋以及承载性能进行评价。结果表明:地震荷载对桥墩造成的破坏形式主要包括弯曲破坏、剪切破坏、梁体垮落、支座损伤4种。纵向钢筋用于构建结构框架,能够提高正截面90%抗弯承载力,箍筋设置主要针对地震荷载作用用以提高斜截面抗剪性能,配箍率为0.441 8%,墩柱斜截面抗剪极限承载力是素混凝土的2.363倍。     

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。     

基于可靠度的桥梁构件三维地震易损性分析

为了评估桥梁结构近场抗震性能,建立了桥梁构件的三维地震易损性分析流程. 基于工程结构可靠度理论,用构件三维失效曲面表征墩柱、支座构件的损伤状态,将包含多个单一损伤指标的损伤状态方程作为三维地震易损性分析的损伤指标;其次在既有墩柱弯曲和剪切失效曲面研究的基础上,构建了墩柱弯曲和剪切破坏的损伤状态方程;并基于支座地震损伤的相对变形,建立了支座损伤状态的方程. 在此基础上,构建了墩柱和支座三维地震损伤状态的判别准则,并对不同损伤状态进行了量化. 结合各国桥梁抗震设计规范和工程结构可靠度理论,最后实现了三维地震易损性的计算分析. 通过一维地震易损性的简化验证,表明所提方法可用于桥梁结构的地震易损性分析中,并且所得结果与PSDA （probabilistic seismic demand analysis）法的最大概率偏差小于4%.      

基于地震力作用下的桥墩选型研究

桥墩的截面型式多种多样,墩柱的优劣直接与桥梁的静、动力特性密切相关。不同桥墩型式使得墩柱的刚度不尽相同,桥墩刚度对桥梁的抗震性能、全桥的整体性等有显著的影响。采用双柱式、矩形薄壁墩、空心圆形三种不同截面来模拟桥墩刚度差异,通过建立全桥有限元分析模型,研究了不同桥墩型式下桥梁的自振频率、振型、地震反应位移及内力的变化规律,为桥墩的选型提供参考。     

约束混凝土墩柱截曲率延性分析

本文利用钢筋以及约束混凝土的应力-应变关系曲线,采用"条带法”计算约束混凝土墩柱截面的弯矩-曲率关系,从而得出约束混凝土墩柱的截面曲率延性系数同轴压比、弯矩、箍筋的关系,为钢筋混凝土墩柱的延性抗震设计提供依据.     

独柱支承直线连续箱梁桥动力分析

独柱支承直线连续箱梁桥的动力特性与普通双支承连续箱梁相比发生一定改变,而桥梁结构动力特性与活载冲击系数、桥梁抗震性能有着紧密联系。通过有限元计算对比分析独柱支承直线连续箱梁桥和普通支承连续箱梁桥的动力特性差异及其对地震反应的影响。结果表明结构独柱支承连续箱梁桥冲击系数和地震反应仍可按规范和目前工程常规做法进行设计计算。     

鸭绿江大桥抗震分析

以鸭绿江大桥为分析对象,建立有限元分析模型,分别采用反应谱分析法、线性时程分析法和非线性时程分析法,比较分析了结构主要构件的位移和内力地震响应,检验了粘滞阻尼器在控制主梁位移和减小主塔弯矩的作用效果.     

压弯荷载作用下圆截面混凝土桩的损伤分析

运用Lem aitre损伤规律对土木工程中使用的混凝土圆截面桩受压弯荷载下进行损伤分析,推导了无量纲轴向力和无量纲弯矩的表达式,计算了不同失效应变对应的弯矩规律,以及不同失效应变和中性轴的无量纲位移之间的关系。分析结果可作为估算实际工程中混凝土圆截面桩抗弯承载力的参考依据。     

地震作用下多跨简支梁桥挡块优化设计研究

为研究墩柱损伤时弹塑性挡块的合理参数设计,以三跨简支梁桥为例,建立了OpenSees有限元软件计算模型.通过非线性时程分析,动态调整挡块屈服强度,建立了挡块屈服与墩柱损伤状态之间的直观联系,分析了弹塑性挡块初始刚度、屈服后刚度比参数.研究结果表明:挡块强度的增大,其限位能力也增强;当桥墩挡块强度的设定以桥墩达到中等损伤为目标时,有利于地震惯性力合理分配;挡块初始刚度的增大,可有效降低主梁位移响应,其对桥墩地震响应的影响较挡块强度的小;强震作用下挡块屈服后,桥梁地震响应对挡块屈服后刚度的变化十分敏感,较小的屈服后刚度比对下部结构抗震有利,同时不会造成上部结构位移需求的急剧增长.     

材料强度与名义弹性模量退化对桥梁结构抗震性能影响的分析和比较

钢筋混凝土桥梁服役期间,混凝土与钢筋材料会不可避免地产生劣化,两种材料的劣化都会对结构的抗震性能造成影响。使用地震作用下结构位移响应的大小来评价结构劣化后的抗震性能,依据不同性能水准下的目标位移,通过有限元分析软件Open Sees建立桥梁墩柱模型,分别改变材料的参数设置,利用Pushover方法分析结构在地震作用下墩顶位移的响应,结果表明:随材料性能的劣化,在地震力作用下,墩顶位移响应逐步增大,遭遇罕遇地震时,相比于材料弹性模量,材料强度对结构抗震性能的影响较大;相对于混凝土材料,钢筋材料的劣化对结构抗震性能的影响更为显著。     

大跨度斜拉桥地震易损性及可恢复性分析

为了研究地震作用下斜拉桥主塔的抗震能力，评估其抗震可恢复性，以一座独柱式大跨径混凝土斜拉桥为例，采用SAP2000有限元分析程序建立结构动力计算模型，通过增量动力分析法（IDA）分析结构的横向地震响应；选用X-TRACT软件对主塔划分的各关键截面进行了弯矩-曲率分析和损伤标定，对IDA分析的数据进行处理，拟合得到了主塔各关键截面的地震易损性曲线，确定主塔容易损伤部位及演变规律；基于可恢复性的理念开展结构的抗震可恢复性分析. 研究结果表明:在横向地震作用下，主塔底部截面是所选截面中最容易损坏的部位；在地震动强度0.150g和0.271g作用后，自身的抗震能力由80.6%降到46.7%，随着地震动强度的增大，抗震储备能力不断降低.      

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。      

钢管混凝土箱型拱桥空间结构分析研究

以某主跨为152 m的钢管混凝土箱形拱桥为例,用有限元方法建立其空间计算模型,分析矢跨比等设计参数对拱圈截面内力的影响,并在考虑混凝土收缩徐变的情况下,分析各控制截面内力和位移随时间的变化关系.表明:拱桥矢跨比对其轴力和弯矩影响较大;随着时间的推移,拱桥结构内力和位移有很大改变.     

典型变宽高架桥抗震计算分析

以市政高架桥中常见的三联变宽箱梁桥为例,对比了反应谱法、线性时程法和非线性时程法等三种计算方法,并对该结构在E1地震作用下的支座最大水平力和墩底最大弯矩进行了计算分析。结果表明:地震波沿顺桥向输入时,反应谱法和线性时程法的计算结果最大误差在20%左右,而非线性时程法的计算结果误差远小于前二者;地震波沿横桥向输入时,三种方法计算结果相差不大,此时高架桥变宽段为抗震不利段,抗震设计时需重点考虑。根据以上结论,对该类型桥梁的抗震设计提出了相关建议。     

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.     

地震作用下大跨自锚式悬索桥动力响应分析

以雾凇大桥为研究对象,基于通用有限元软件MIDAS/CIVIL,分别通过反应谱法和时程分析法计算了自锚式悬索桥的地震反应规律.分析结果表明：纵向地震作用下主梁梁端位移较大,应采用纵向限位装置或减震装置;横向地震作用与纵向地震作用不存在耦合现象,但是塔底弯矩及剪力动力响应均较大,为控制设计截面;竖向地震作用与纵向地震作用存在耦合现象,主梁及主缆应考虑纵向与竖向地震的共同作用;通过拟合规范反应谱得到的人工波进行时程分析得到的结果整体上大于反应谱计算得到的结果,对构件进行详细抗震设计时应以时程分析为主.     

地震下单桩动力响应的有限元模拟

采用ANSYS结构分析软件建立三维有限元实体模型,计算了地震作用下桩-土动力相互作用体系的动力反应．分析了体系的加速度反应、位移反应、桩身应变、桩身挠度、桩身弯矩、桩身剪力和桩土间接触压力等方面,并探讨了桩土刚度比、上部荷载等参数对桩-土相互作用体系的影响．     

斜拉桥结构抗震性能分析

对某双塔双索面半漂浮体系预应力混凝土斜拉桥进行了抗震性能分析,采用反应谱法进行分析计算,验算了全桥地震响应,对主塔、边墩、桩基础及支座位移进行了抗震验算,在地震作用下,主塔控制截面、边墩墩底以及最不利单桩的抗震能力均大于抗震需求,结构安全。