地震作用下桥梁梁体间的碰撞响应分析

以一座3×16 m简支梁桥为例,进行3种地震波作用下桥梁的地震响应分析,研究梁体间的碰撞对桥梁结构地震响应的影响。研究结果表明,结构的碰撞响应与输入地震波的频谱特性、桥梁本身的动力特性及碰撞单元特性密切相关。在强烈地震作用下,桥梁碰撞力相当大,最大达到结构自重的21倍。碰撞易发生在桥台与主梁接触部位,且次数频繁,但峰值较小,发生时间多在地震波能量最大时刻。碰撞力随碰撞弹簧刚度的增加而增大,但增加幅度逐渐变缓,梁间设置压缩刚度较小的缓冲材料,可降低梁间的撞击力。采用柔性连接时,碰撞的瞬间作用对梁跨轴力影响明显,对最大支座反力、墩底弯矩、剪力的影响不明显,说明柔性支座在碰撞瞬间作用向桥墩传递过程中,有“隔减”的效果。     

罕遇地震作用下高速铁路减隔震简支梁桥合理计算模型的探讨

以往在分析减隔震桥梁的地震响应时,由于考虑到桥墩和基础应保持弹性工作状态,在基于强度的设计中偏于安全考虑桥墩一般采用毛截面刚度建立弹性梁单元模型。实际上,在罕遇地震作用下,桥墩墩底截面虽然未达到屈服状态,仍然会出现保护层混凝土开裂,并导致桥墩刚度降低。此时,应考虑对桥墩刚度进行适当修正以估计桥梁的各项地震响应参数,这也有利于实现减隔震桥梁基于位移的抗震设计。结合西部高速铁路中典型的简支梁桥结构形式,分别采用弹塑性纤维梁柱单元、弹性梁柱单元、考虑刚度修正的弹性梁柱单元模拟桥墩建立3种计算模型,探讨适用于罕遇地震作用下的高速铁路减隔震桥梁的合理计算模型。结果表明,当罕遇地震作用下桥墩位移延性超过0.5时,考虑刚度修正的弹性梁柱单元模拟桥墩的计算模型能够较好地估计桥梁各项地震响应参数。     

考虑轨道系统的高速铁路连续梁桥结构系统参数对纵向地震响应的影响

为研究无砟轨道系统约束作用下的高铁连续梁桥纵向地震响应,以某组合桥跨布置高铁桥梁结构(2×32m简支梁+(48+80+48) m连续梁+2×32 m简支梁)为例,针对CRTSⅡ型纵连板式无砟轨道系统的结构特点,建立考虑轨道系统结构层间相互作用的叠合梁模型,研究轨道系统约束作用、地震波激励、滑动层摩擦因数、底座板刚度和制动墩抗推刚度对桥梁结构纵向地震响应的影响。分析结果表明:轨道系统对桥梁结构的约束作用可减弱结构纵向地震响应;在不同频谱特性的地震波激励下,桥梁结构地震响应明显不同,当地震波卓越频率与结构自振频率接近时,将放大结构地震响应;随着轨道系统滑动层摩擦因数增加,连续梁桥纵向地震响应减小,简支梁桥纵向地震响应增强;底座板刚度变化对桥梁纵向地震响应影响较小;增加连续梁桥制动墩抗推刚度,将增强制动墩地震内力响应,需要根据不同抗震需求合理设计桥墩抗推刚度。     

减震榫-活动支座减震机理及影响参数研究

阐述减震榫-活动支座的工作原理及构造形式,以某5跨高速铁路简支梁桥为例,研究减震榫-活动支座的减震性能,并系统分析支座动力参数及桥梁结构自振周期对减震榫-活动支座简支梁桥地震响应的影响。结果表明:减震榫-活动支座能有效降低桥墩的地震需求,但会在一定程度上增加梁体位移;支座屈服强度对桥梁地震响应影响较大,应综合考虑其对桥墩内力和梁体位移的影响规律进行优化选择;支座初始刚度主要影响上部结构位移而屈服后刚度主要影响桥墩内力,为保证减震榫耗能能力发挥,建议硬化比控制在0.15以下;减震榫-活动支座减震效果随桥墩刚度减小呈先上升再降低的变化规律,更适用于高度小于16 m的桥墩。     

考虑跨数影响的单线铁路简支梁桥桥墩地震响应

针对8 m和25 m 2种墩高的单线铁路简支梁桥,研究跨数对中间桥墩地震响应的影响程度。采用OpenSEES程序,分别建立2跨,4跨,6跨和8跨共4种不同跨数的桥梁有限元模型。通过不同方向、不同烈度的地震动作用下地震响应的对比分析,确定跨数对中间桥墩地震响应的影响程度。研究结果表明:在纵向地震动作用下,中间桥墩地震响应随跨数的增加而增加,并在跨数多于4跨时增加趋势变缓;在横向地震动作用下,中间桥墩地震响应随跨数的增加而先增加后减小,并在跨数为4跨时达到最大值。以上趋势随着墩高和地震烈度的增加而减小,但在桥墩屈服前后略有波动。因此,在进行单线铁路简支梁桥的普通高度桥墩地震响应分析时,为了同时提高计算精度和计算效率,建模跨数以4跨为宜。     

铅芯橡胶支座高墩铁路简支梁桥减隔震特性的研究

以某高墩铁路简支梁桥桥墩为研究对象,考虑了铅芯橡胶支座的非线性特性和桥梁结构的相互影响,在建立高墩铁路简支梁桥全桥动力分析模型的基础上,利用时程分析的方法,对不同地震输入激励条件下隔震桥梁的动力响应及减震率进行了计算研究,取得了一些有使用价值的结果,为高墩铁路简支梁桥的减隔震设计、提高桥梁结构的抗震安全性提供了参考.     

铅芯橡胶支座隔震铁路简支梁桥双向地震响应分析

采用铅芯橡胶支座,选取具有不同固有周期的4座铁路简支梁桥桥墩,建立空间有限元模型。以7组典型地震波作为激励,进行铅芯橡胶支座隔震铁路简支梁桥的双向地震响应分析。采用时程分析法计算考虑和不考虑铅芯橡胶支座恢复力耦合作用的隔震桥墩系统的地震响应。分析结果表明:双向地震动作用下考虑耦合作用的铅芯橡胶支座的位移—恢复力曲线与单向地震作用下不考虑双向恢复力的耦合作用时的位移—恢复力曲线在形状上存在较大差别,铅芯橡胶支座的滞回耗能也不相同;不同地震激励下铅芯橡胶支座恢复力的耦合作用对铅芯橡胶支座峰值位移的影响程度不同;随着桥墩一阶固有周期的增加,铅芯橡胶支座恢复力的耦合作用对一阶振型方向的支座峰值位移的影响程度逐渐增大;梁体的峰值地震响应的规范计算值大都高于实际值,故按照规范值进行铁路简支梁桥的隔震设计偏于安全。     

邻梁碰撞效应对多联隔震梁桥地震反应的影响

针对高烈度地区某多联隔震梁式桥跨结构,采用非线性时程分析方法模拟地震动反应,接触单元法考虑伸缩缝处邻梁的碰撞效应。对比不考虑碰撞、考虑碰撞单边碰撞和双边碰撞几种不同工况下桥梁的地震反应,探讨地震作用下邻梁碰撞效应对多联隔震梁桥地震反应的影响。研究结果表明:地震作用下,由于采用隔震橡胶支座和摩擦摆式支座,主梁的位移和邻梁的相对位移都很大,导致邻梁间多次碰撞且碰撞力非常大。碰撞可能增大也可能减小主梁的位移,但可以减小邻梁间的相对位移;碰撞作用可能使隔震支座失效,对桥墩结构非常不利。与双边碰撞相比,单边碰撞对桥梁更不利。     

罕遇地震作用下高速铁路简支梁桥抗震性能分析

简支梁桥在高速铁路中占到了极高的比例,其抗震性能值得深入研究。结合西部高速铁路中典型的简支梁桥结构形式,建立不同墩高的高速铁路多跨简支梁桥的全桥空间分析模型,在模型中采用纤维单元模拟桥墩,并对固定支座锚固螺栓在罕遇地震作用下可能被剪断的力学特性予以适当的模拟,采用非线性时程方法分析高烈度地震区内该类桥梁在罕遇地震作用下的弹塑性地震响应,讨论该桥的损伤模式。分析结果表明:相比纵桥向地震作用,墩高20 m以内的高速铁路大跨度简支梁桥在横桥向地震作用下的桥墩损伤程度更大;整体看来桥墩具有较好的抗震性能,而合理控制支座锚固螺栓被剪断后主梁所产生的较大位移将成为铁路简支梁桥抗震设计中的重点。     

铁路隔震连续梁桥地震碰撞响应研究

在地震作用下隔震桥梁的梁体位移比非隔震桥梁明显增加,使得相邻梁发生碰撞的概率增大。以1联3跨铁路隔震连续梁桥为例,选用3条人工地震波,采用非线性时程分析方法进行该桥的碰撞响应分析,研究梁间伸缩缝宽度和隔震支座刚度对梁间碰撞响应的影响。结果表明:随着伸缩缝宽度的增大和隔震支座刚度的增大,相邻梁碰撞的发生次数和碰撞力均有明显减小;地震作用下隔震固定墩墩底最大弯矩和最大剪力均随着隔震支座刚度的增加而增加。因此,在进行隔震桥梁设计时,应综合考虑隔震支座的隔震效果和碰撞响应,从而得到既经济又安全的隔震桥梁设计参数。     

既有铁路混凝土简支梁桥加固技术研究

研究目的:既有铁路混凝土梁桥以中小跨度为主,理论与实践表明列车提速后,大多数梁体横向刚度不足,墩台截面偏小同样会刚度不够,不能满足提速的要求,为此需要对梁体及墩台进行加固改造.本文结合漯阜铁路既有线提速及改建设计,对既有铁路混凝土简支梁桥加固进行研究,总结了一些经验,有益于其它既有线铁路桥梁加固参考.研究结论:加强混凝土简支梁横隔板横向连接,可很好地抑制桥梁横向振动;梁底粘贴钢板、增设体外预应力钢束,可有效提高梁的承载能力;加大桥墩截面可大幅度增加横向刚度;采取以上措施加固的既有铁路混凝土简支梁桥能满足提速要求.     

高速铁路连续梁空心桥墩地震分析

对于高速铁路常规跨度连续梁桥桥墩的地震力,目前设计者多采用抗震规范中单墩地震力计算公式计算,这与全桥模型的实际情况显然不符。为此,利用Midas/Civil软件建立了三种跨度连续梁的全桥空间动力模型,并通过改变基础的形式以及基础的边界条件来改变桥墩的整体刚度,分别将全桥模型计算的地震力结果与规范法的单墩模型计算的结果进行了比较,得出了两者比值(全桥模型数值/单墩模型数值)。当桥墩刚度越强时这个比值越小,桥墩刚度越弱时这个比值越大的结论。并给出了这个比值与刚度之间的关系曲线。最后提出了对于实体桥墩及考虑活动支座摩擦影响的展望。     

高速铁路大跨度梁拱组合桥抗震分析

大跨度梁拱组合桥由于竖向刚度较大、梁高较小成为高速铁路常用桥型。为研究梁拱组合桥的地震反应特点,对一(60+128+60)m梁拱组合桥建立动力有限元分析模型,并进行特征值分析,根据其振动模态分析梁拱组合桥的振动特点,并采用时程分析方法对该桥进行弹性和弹塑性地震反应分析。结果表明:该桥在多遇地震下满足截面偏心距要求;在罕遇地震下满足延性率要求;结构满足"小震不坏、大震不倒"的抗震设防目标。     

非规则铁路连续梁桥抗震体系优化

从非规则铁路连续梁桥各桥墩协同抗震的角度,引入墩底摇摆隔震及支座减隔震,以1座(60+100+60)m连续梁桥为例,建立全桥动力分析模型进行地震反应分析,研究具有中等高度(20~30m)实心桥墩的非规则铁路连续梁桥采用摇摆隔震的适用性,以及全桥采用支座减隔震时的桥墩优化配筋准则。结果表明:采用摇摆隔震时,摇摆墩墩底恒载轴力大,提离位移敏感性高,地震作用下墩顶位移可控制在较小的范围且提离后墩底弯矩变化稳定,易随其余各墩协同抗震,经抗震性能验算确定摇摆墩配筋率为0.6%;采用支座减隔震时,桥墩本身地震反应贡献率最高可达71%,桥墩惯性力主控墩底内力,以地震作用下各墩同步保持弹性为原则,优化后各墩配筋率依次为0.7%,0.3%,0.5%和0.7%。以上2种优化均可使非规则铁路连续梁桥达到"大震不坏"的设防水平。     

悬挂式轨道梁 Y 型墩柱 抗震能力分析

为研究悬挂式轨道梁在无车情况下的抗震能力,以某悬挂式轨道交通试验线为研究对象,利用 MIDAS/CIVIL 建立模型并采用反应谱法,研究不同地震峰值加速度(0.1 g、0.15 g、0.2 g、0.3 g、0.4 g)对 Y 型墩 柱的影响。研究结果表明：该桥横向刚度较小;相较于横向地震,Y 型墩柱在顺桥向地震作用下的内力响应更大; 当地震加速度大于 0.1 g 时,4 号混凝土墩柱开始出现裂缝;当地震加速度大于或者等于 0.25 g 时,3 号混凝土墩 柱开始出现裂缝;在所讨论的地震峰值加速度中,Y 型钢墩和混凝土墩柱均未出现屈服现象,但混凝土墩柱弯矩 增长速率更快,有先屈服的趋势。     

列车制动对刚构桥上无缝线路梁轨相对位移的影响研究

基于有限元方法建立桥上无缝线路单层弹簧阻力模型,研究了刚构桥及相邻简支梁桥桥墩纵向水平刚度匹配关系对梁轨相对位移的影响。采用铁路上常用的3种跨度刚构桥进行对比计算分析,结果表明,在刚构桥全桥制动时,刚构桥桥墩纵向水平刚度在一个范围内,梁轨相对位移随着刚构桥相邻两侧简支梁桥桥墩纵向水平刚度的增加先降低后增加;小于该范围时,梁轨相对位移随着简支梁桥桥墩刚度的减小而减小;而大于该范围时,梁轨相对位移变化规律与小于该范围的规律相反;并且该刚度范围随着刚构桥总长度的增加而增大。对于60 m+100 m+60 m的刚构桥,上述范围为1 100¹ 400 kN//(cm·双线);当刚构桥桥墩刚度取定为1 100 kN/(cm·双线),简支梁刚度从800 kN/(cm·双线)降低到400 kN/(cm·双线)时,附加伸缩力降低,梁轨相对位移先降低后增加,采用归一化方法处理数据,得出最优刚度取值为455 kN/(cm·双线)。