“建桥合一”铁路客站Rayleigh阻尼系数计算方法

在显著影响单自由度体系位移方差的激励频率范围内,采用最小二乘法拟合出水平向和竖向地震加速度互功率谱的线性修正表达式,并结合传统随机振动计算方法和规范加速度谱提出了多维激励多阶参考振型Rayleigh阻尼系数计算方法。以"建桥合一"铁路客站天津西站Ⅱ区为工程背景,基于应变能振型阻尼模型求得的结构响应值为标准,对分别基于二阶、单维激励多阶、多维激励多阶参考振型Rayleigh阻尼系数计算方法的结构响应值进行了比较。结果表明:多维激励多阶参考振型Rayleigh阻尼系数计算方法合理考虑了振型和地震激励的相关性,响应值偏差最小,更适合于类似铁路客站Rayleigh阻尼系数的计算。     

高速铁路大跨矮塔斜拉桥地震主导振型识别

研究目的:为探明高速铁路矮塔斜拉桥地震响应特性,以某主跨(90+180+90) m矮塔斜拉桥为工程背景,基于理论推导及非线性有限元分析,采用平均模态应变能系数为指标,开展该桥型地震作用下主导振型识别,研究其动力特性。研究结论:(1)平均模态应变能系数能同时考虑结构及地震动特性,可作为矮塔斜拉桥振型识别指标,具有高效、精确等特点;(2)梁式体系矮塔斜拉桥在x和z方向主导振型较y方向敏感,反映出结构在这两个方向的动力效应更显著;(3)振型分解反应谱法和时程分析对比可得出,考虑主导振型组合能满足实际工程需求,桥梁主导振型识别对掌握结构地震响应特性具有重要意义,可为地震损伤分析、桥梁减隔震设计等提供依据。     

考虑阻尼值修正的双链式悬索桥地震响应分析

基于复阻尼理论求解等效粘滞阻尼比,以近似描述非经典阻尼体系的阻尼耗能特性,提出了考虑实测阻尼值修正的具有非经典阻尼特性的双链式悬索桥地震响应分析方法。结合一双链式悬索桥,对比分析经典阻尼及非经典阻尼对双链式悬索桥地震响应的影响。研究结果表明:非经典阻尼对双链式悬索桥的地震响应有明显的影响,用经典阻尼模型得不出可靠的解,双链式悬索桥的地震响应分析,应当使用非经典阻尼模型;在初步分析时,纵、竖向地震下非经典阻尼体系的地震响应可分别按全桥混凝土桥塔阻尼比、钢加劲梁阻尼比计算结果代替,以简化计算。     

深水库区铁路斜拉桥地震反应分析

以某深水库区铁路大跨度斜拉桥为研究对象,建立考虑动水压力效应的全桥空间动力计算模型,分析动水压力对桥梁动力特性及弹性地震反应的影响程度。结果表明:桥塔附加水体质量对斜拉桥的体系纵漂及体系对称竖弯振型影响较明显;考虑塔身的水体附加质量时,塔身控制截面的地震反应增加较大,且顺桥向地震反应增加明显大于横桥向的地震反应。因此对处在深水库区的铁路大跨桥梁,应考虑水体附加质量对桥梁地震响应的增大效应,否则设计将偏于不安全。     

双塔单索面部分斜拉桥模态与地震反应分析

研究目的:为研究双塔单索面部分斜拉桥的抗震性能,对双塔单索面部分斜拉桥进行动力特性分析及地震反应时程分析.分析结果可为双塔单索面部分斜拉桥的设计提供理论指导.研究结论:通过建立双塔单索面部分斜拉桥的动力分析力学模型,运用有限元法对部分斜拉桥进行了动力特性与地震反应时程分析.模态分析表明:双塔单索面部分斜拉桥的第1振型为主梁对称竖向弯曲,第一自振频率比漂浮体系的斜拉桥大,因此受竖向地震、风和车辆振动的影响较大.研究了在多遇地震作用下桥结构的内力和变形规律,分析了部分斜拉桥的抗震性能,研究表明:部分斜拉桥在50年超越概率为10%的多遇地震作用下满足抗震设计规范的要求.     

基于地震引起动水作用的深海斜拉桥抗震性能研究

目前,深海大跨斜拉桥正在不断建设,其跨度的变化以及所处的深水环境使得在地震作用下桥梁受力更加复杂,地震作用下不但要考虑桩-土的相互作用,还要考虑地震引起的动水压力对结构的影响。为了分析地震引起的动水作用对斜拉桥动力特性和地震响应的影响程度,以及不同水深下动水力对深海斜拉桥地震响应的变化规律,基于一座现代大跨深水斜拉桥为工程背景,利用有限元软件建立三维模型,采用"m"法来考虑桩-土相互作用,用基于Morison方程的附加质量法来考虑地震引起的动水压力,结果表明动水对结构地震特性有较大影响,因此在斜拉桥抗震设计时动水作用不可忽略。     

基于模态分析的Push-over方法在桥梁抗震分析中的应用

采用非线性时程分析是计算结构地震响应较为严格的分析方法,但它存在工作量大、计算复杂等问题。目前土木工程中常采用非线性的静力分析(Push-over分析)来评价在地震作用下结构的抗震性能。均匀分布、倒三角形分布的侧向荷载分布模式,适用于刚度大或第一阶振型为主的结构,为了考虑高阶振型的影响,本文提出了基于模态分析的Push-over方法,并将其应用到桥梁抗震分析中。这种方法需要分析结构的动力特性,尤其是振型贡献率。选出振型贡献率比较高的振型,并以此为基础,依据“侧向荷载分布模式与地震时结构惯性力的分布情况应尽量保持一致”的原则,参考《公路工程抗震设计规范》(JTJ 004—89)可得到对应各振型的侧向荷载,在对主要振型进行组合后,即可获得进行Push-over分析的侧向荷载分布模式。本文采用基于模态分析的Push-over方法对一实桥进行抗震性能分析,结果表明选取主要振型参与计算与采用全部振型计算的结果基本吻合,不仅考虑了高阶振型的影响,又消除了其他次要振型的干扰,因此这种方法应用于桥梁抗震性能评价是可行的。     

铁路车轮周向脊肋阻尼结构振动声辐射控制的初步探讨

为了弄清周向敷设脊肋式约束阻尼铁路车轮减振降噪机理,将铁路车轮简化成同样比例尺度的等厚圆盘,并在圆盘上敷设周向分布脊肋约束阻尼,分析其振动-声辐射特性。基于混合有限元-边界元法,建立了敷设约束阻尼结构的圆板系统振动-声辐射模型。其中,系统的振动响应由实体有限元模态叠加法计算得到,约束阻尼结构的阻尼效应通过结构模态损耗因子来考虑。进而将系统振动响应作为声学边界元的初始条件,用基于声学边界元法的软件SYSNOISE计算得到系统的声辐射。考虑到计算阻尼结构模态损耗因子的精度与计算耗时情况,对复特征值法和模态变形能法进行了分析比较。数值计算中,考虑了两种不同截面形式的周向脊肋及其布设位置对系统振动声辐射的影响。结果表明,周向脊肋对降低系统振动声辐射有积极作用,其效果与脊肋截面形状和布设位置有关。本文的分析为低噪声车轮的设计提供重要的参考。     

粘弹性阻尼材料减振技术及其在桥梁中的应用

粘弹性阻尼材料作为一种高分子聚合物材料，同时具有粘性液体和弹性固体的性质，具有耗能减振作用。随着环境温度的升高和变形频率的减小，粘弹性阻尼材料的贮能剪切模量和损耗因子减小。应变幅值的变化对粘弹性阻尼材料的力学性能无显著影响。当应变幅值较小时，加载循环次数对粘弹性材料动力特性的影响较小。阐述了许多学者对粘弹性阻尼器的应力-应变关系提出的计算模型。粘弹性阻尼器通过改变桥梁结构的频率和阻尼比来达到减振目的。通过在上承式钢板梁上的工程实践应用，证明粘弹性阻尼材料能够有效地控制桥梁结构的振动。     

异形独塔双层桥面斜拉桥动力特性及地震反应分析

固有频率和振型是反映结构动力特性的主要模态参数,是评价桥梁动力性能的重要依据。结合深圳皇岗—香港落马洲独塔双层桥面斜拉桥的工程设计实例,采用大型有限元分析程序建立全桥结构有限元模型,对独塔斜拉桥结构的一般动力特性进行了分析,并采用反应谱法对该桥进行了线性地震反应分析,讨论了在两种振型组合方法和三组振型数情况下独塔斜拉桥地震响应的最大值,为该桥的抗震、抗风分析提供参考。     

刚构连续梁体系铁路矮塔斜拉桥的减震研究

以新型刚构连续梁体系铁路矮塔斜拉桥为实际工程背景,研究黏滞液体阻尼器对结构纵向抗震性能的影响。采用非线性时程反应分析方法,从结构的减震效果及便于阻尼器的局部连接构造设计角度出发,对非线性黏滞液体阻尼器的阻尼系数和阻尼指数进行参数敏感性分析,并探讨地震动加速度峰值及频谱特性对减震效果的影响。结果表明:合理选择黏滞阻尼器的力学参数,刚构连续梁体系铁路矮塔斜拉桥具有显著的减震效果,但减震效果受地震动的频谱特性影响较为敏感。     

高烈度震区独塔斜拉桥减震优化设计

高烈度震区独塔斜拉桥在纵、横向地震作用下均需满足相应的抗震性能要求,以唐山市二环路上跨津山铁路独塔斜拉桥为例,该桥综合采用主塔处设置纵向粘滞阻尼器,辅助墩和边墩设置横向粘滞阻尼器的结构体系,分别抵御纵、横向地震。设计对阻尼系数和阻尼指数等进行了详细的参数分析;对合理横向抗震体系进行研究。研究表明:阻尼系数和阻尼指数应进行参数分析,并综合考虑梁端梁-墩相对位移、桥塔受力等合理选择。横向阻尼约束体系相对漂浮体系和固定体系更优。本桥减震设计体系合理,取得了很好的减震效果。     

青山长江大桥主航道桥结构动力特性分析

研究目的:青山长江大桥主航道桥是目前世界最大跨径全漂浮体系斜拉桥,桥塔为目前世界最高的A形桥塔,主梁为目前长江上最宽的钢箱梁,其动力特性是结构受力特性的关键,与常规斜拉桥相比具有独特之处。本文采用ANSYS建立空间有限元计算模型,对青山长江大桥主航道桥成桥状态、施工阶段最大单悬臂状态结构动力特性进行分析,从而为进一步进行结构抗震、抗风性能分析研究奠定基础。研究结论:(1)在成桥状态时,结构前3阶振型分别为纵飘、对称侧弯、对称竖弯,对应周期分别为14.22 s、6.25 s、4.78 s;在最大单悬臂状态时,结构前3阶振型分别为侧弯、竖弯、竖弯,对应周期分别为8.4 s、4.44 s、2.93 s,两种状态均属于长周期结构;(2)成桥状态和最大单悬臂状态时,结构侧向刚度均偏弱,对横向风致振动响应敏感;(3)结构采用A形桥塔、超宽主梁、空间双索面提高了结构的扭转频率和抗扭刚度,增强了结构的抗扭稳定性,边跨设置辅助墩提高了结构频率和刚度;(4)在成桥状态时,结构的高阶振型中出现了振型的耦合现象;在最大单悬臂状态时,结构的低阶振型中即出现了振型的耦合现象;(5)本研究成果可为大跨度全漂浮体系斜拉桥结构抗震、抗风设计提供依据。     

非对称矮塔斜拉桥桥塔抗震性能分析

为研究高桥墩非对称矮塔斜拉桥桥塔和桥墩的抗震性能,基于桥梁抗震中反应谱分析理论,以一座高桥墩铁路矮塔斜拉桥为工程背景,建立其整桥模型和裸塔模型,进行模态分析和内力位移分析,并对桥塔在整桥状态下和裸塔状态下进行对比研究。研究表明,在相同地震力作用下,整桥振型周期较大,顺桥向裸塔与整桥的桥塔有明显的差别。     

矮塔斜拉桥拉索初张力优化

本文在斜拉桥索力影响矩阵的基础上,以结构应变能最小为目标函数,建立了矮塔斜拉桥索力优化模型, 并结合兰州小西湖黄河大桥及厦门银湖大桥进行索力优化分析,得出了一些具有一定参考价值的结论。     

板桁组合桥梁车桥动力分析模型的等效简化方法

以上海轨道交通5号线跨越黄浦江的公路、轨道交通两用连续钢桁梁斜拉桥--闵浦二桥为工程背景,基于梁格法理论,建立大跨度板桁组合体系桥梁车辆-桥梁系统耦合振动分析模型的快速合理的等效简化方法,阐述了此类桥梁的动力特性以及各部分构件对桥梁动力特性的贡献。分析结果表明,等效前后的模型在动力特性方面具有良好的一致性,等效后的模型可用于车桥耦合振动分析。该等效简化方法为建立大跨度板桁组合体系桥梁车桥耦合振动分析的简化模型提供了一种简捷的方法。     

铁路简支梁桥减隔震支座设计参数的优化研究

运用结构最优化理论建立了考虑地震时车辆运行安全性的铁路简支梁桥减隔震体系优化设计模型,采用ANSYS中的一阶优化方法,在优化过程中考虑结构Rayleigh阻尼系数的变化对减隔震体系的影响及土和基础的相互作用,实现了对铅芯橡胶支座动力设计参数的优化设计.通过计算分析,得出了铅芯橡胶支座动力参数对桥梁地震响应的影响规律：在应用LRB对不同场地条件下的铁路简支梁桥进行减隔震设计时,屈服后刚度与屈服前刚度比α对结构地震响应有重要影响.因此,可以采用改变屈服后刚度与屈服前刚度比α的简化设计方法,满足桥梁地震响应的要求.为了提高系统的优化效率,在进行减隔震支座优化时,行车安全性的约束可以在优化过程外考虑,即在支座参数优化解确定后,再进行车辆地震输入谱密度强度SI值的验算.     

斜拉桥过渡墩处合理横桥向约束体系研究

研究目的:横桥向地震作用下,斜拉桥的过渡墩是抗震设计的薄弱环节,有必要研究斜拉桥过渡墩处合理的横桥向约束体系。以厦漳跨海大桥南汊主桥为工程背景,从提高过渡墩横桥向抗震性能的角度出发,研究3种横桥向约束体系(墩梁主从、墩梁自由、墩顶设置限位挡块)对斜拉桥横桥向抗震性能的影响。研究结论:采用墩梁主从体系会放大过渡墩及其基础的地震响应;采用墩梁自由体系虽然可以减小过渡墩及其基础的地震响应,但会造成墩梁横桥向相对位移过大;采用限位挡块体系可以有效减小过渡墩的地震响应,合理的挡块初始间隙可以通过参数分析得到。     

大跨RC斜拉桥的非线性地震响应分析

预先确定斜拉桥的弹塑性区域,把包含多微段平面变刚度梁单元推广应用于大跨度斜拉桥的非线性地震响应分析,用微段的刚度变化模拟钢筋混凝土的弹塑性性能,对双塔单索面钢筋混凝土斜拉桥进行了考虑几何非线性和材料非线性的地震响应分析,编制了相应的弹塑性分析程序,并与Huges单元分析结果进行了比较。结果表明:该法能较好地模拟在强震作用下钢筋混凝土斜拉桥的非线性性能,可以在大跨斜拉桥的非线性地震响应分析中应用。