基于多点激励动力模型的支承体系斜拉桥行波效应分析

研究目的：地震激励的输入是大跨度桥梁结构抗震设计中最薄弱的环节。大跨度桥梁结构由于基础间间距较大，进行地震响应分析时应考虑行波效应的影响。目前，国内对于支承体系斜拉桥行波效应影响规律的研究成果并不多见。该文基于大型有限元分析软件MIDAS／CIVIL计算平台，较为准确地模拟了地震波对郑州市中心区跨铁路斜拉桥基础不同位置的激励差异，分析比较了该桥在不同波速地震波作用下的行波效应，对该类桥型地震响应行波效应的一般影响规律进行了讨论。研究结论：在一定的相位差范围内，考虑地震波的各单向行波效应和三向正交行波效应时，结构的内力与位移均呈周期性变化，并且变化周期与桥梁自振周期基本一致。同时，行波效应对支承体系斜拉桥地震响应峰值存在显著影响。     

行波效应对大跨度斜拉桥的随机地震响应分析

大跨度斜拉桥各支承之间距离较大,地震波的传播速度有限,地震波到达各支承的时间存在差异,因此采用一致激励分析方法与实际情况不符。以某大跨度斜拉桥为算例,其主跨为680m,建立数值有限元模型。主要分析主梁与主塔在单维及多维随机地震动激励下,同时考虑行波效应的地震响应规律,并作了对比分析。结果表明:与一致激励相比,当视波速为200m/s与300m/s时,纵向地震动激励下,主梁跨中纵向位移分别减小了42.3%和44.8%,横向地震动激励下,1号塔和2号塔柱底部的竖向弯矩分别减小了25.9%、19.9%和0.4%、1.2%。多维地震动激励下较单维地震动激励下结构响应大,因此,大跨度斜拉桥抗震研究应充分考虑地震动的多维性与行波效应的影响。     

行波效应对矮塔斜拉桥弹塑性地震响应的影响

研究目的:为探讨行波激励条件下铁路矮塔斜拉桥弹塑性地震响应的变化规律,基于弹塑性分析理论基础,本文以某主跨(144+288+144)m的铁路矮塔斜拉桥为工程背景,采用大刚度法实现多点激励以模拟行波效应,对比分析一致激励和行波激励(考虑不同剪切波速)条件下铁路矮塔斜拉桥弹塑性地震响应的差异。研究结论:(1)相比一致激励,行波效应会引起桥墩产生更大的弹塑性位移、弯矩响应及其非线性位移延性比(延性指标),并使桥墩发生更大的塑性变形;(2)当剪切波速为200 m/s时,行波效应使9~#、10~#主墩福州与平潭侧薄壁墩身非线性位移延性比分别增大6.32%、17.90%、17.67%和33.92%,降低了其延性抗震能力;(3)进行类似结构延性抗震设计时,应考虑地震行波效应的影响;(4)该研究成果可用于指导桥梁延性抗震设计。     

非一致激励下大跨度铁路斜拉桥地震响应规律

以一座主跨228 m的铁路钢桁梁斜拉桥为工程背景,采用有限元软件SAP2000建立了基于大质量法的动力分析模型,根据实际工程场地条件从NGA-West2数据库中选取了7条地震动记录作为地震激励对结构进行非一致激励分析,探讨桥梁结构地震响应与地震波到达两主塔时差(相位差)之间的内在联系。结果表明:大跨度铁路斜拉桥在非一致激励下塔顶位移响应峰值与墩底弯矩响应峰值均随相位差呈周期性变化,且变化周期与结构一阶自振周期基本一致;工程结构设计中可通过调整桥梁跨径与结构自振周期,使相位差接近结构一阶自振周期的(2n+1)/2倍(n为整数)以降低非一致激励下结构地震响应;对于大跨度空间结构抗震设计,考虑行波效应的影响十分必要,应进行相位差为一阶自振周期整数倍的非一致激励分析。     

考虑非一致地震输入的车-桥系统动力响应分析

针对地震对列车在高速铁路桥梁上走行安全性的影响,将桥梁在地震作用下的运动方程和车辆振动方程通过桥梁子系统与车辆子系统间的非线性轮轨接触关系联系起来,建立可考虑行波效应影响的长大跨度桥梁—列车耦合系统的地震反应分析模型。利用车—桥系统地震反应分析程序,对高速列车在不同特征地震荷载作用下通过某高速铁路连续梁桥进行仿真分析,研究列车速度和地震波行波效应对车—桥系统动力响应的影响。研究结果表明:地震波行波效应对车—桥系统的振动响应有重要影响,并不总是地震波行波速度越大,车辆的动力响应的计算结果越接近一致激励时的相应值;在进行大跨度连续梁桥车—桥系统的地震反应分析时,应按桥址处的实际场地土特性考虑地震波行波效应的影响;地震荷载作用时车体的横向振动加速度以及各项安全评价指标均随列车速度的提高而增大,在评价地震作用下高速铁路连续梁桥上列车的走行安全性时,必须考虑列车运行速度的影响,给出了确保地震发生时高速列车在桥上安全运行的临界速度限值。     

行波效应下劲性骨架混凝土拱桥地震响应规律分析

采用SAP2000建立了基于大质量法的动力分析模型,选取了4条NGA-West2数据库中与实际工程场地条件类似的地震波通过调幅后作为输入地震动,研究了行波效应对大跨度铁路劲性骨架混凝土拱桥地震响应的影响规律。研究结果表明:大跨度铁路劲性骨架混凝土拱桥在非一致激励下交界墩伸缩缝位移和主拱拱脚及主拱L/4处弯矩随相位差的变化具有周期性,且变化周期与结构1阶纵向自振周期基本一致,在相位差为结构1阶纵向自振周期的2n倍(n为整数)时结构响应处于峰值,在(2n+1)/2时结构响应处于谷值;跨中伸缩缝位移、拱顶轴力在非一致激励下分别为一致激励下的50~150倍,100~300倍;由于行波效应加剧了结构地震响应,在进行大跨度劲性骨架混凝土拱桥抗震设计时应考虑行波效应对结构关键部位的影响。     

行波及相干效应对超千米跨度斜拉桥多维多点随机地震响应的影响

为了研究行波及相干效应对超千米跨度公铁两用斜拉桥地震响应的影响,基于通用有限元软件ANSYS,借助高效的虚拟激励法分别得到考虑两种效应的结构地震响应值,通过对比研究,结果表明:(1)仅考虑行波效应时,在视波速取500 m/s工况下,主梁纵向位移和竖向位移出现最大均方根值,行波效应对主梁纵向位移响应影响最为显著;(2)仅考虑相干效应时,主梁纵向位移和横向位移在部分相干工况下出现最大均方根值,主梁跨中横向位移的均方根值为0.274 m,较一致激励(完全相干)增大了126.4%;(3)两种效应对结构1号边墩、2号辅助墩和3号主塔的不同地震响应的影响程度存在较大差异,需具体响应具体分析。通过各具体工况下的结果对比,得出超大跨度斜拉桥地震响应分析考虑行波和相干效应十分必要的结论。     

考虑行波效应的大跨度结合梁斜拉桥地震响应分析

为研究行波效应非一致激励对大跨度结合梁斜拉桥地震响应的影响,以西部高烈度地区某高速公路上一座跨径为(67+110+360+110+67)m的结合梁斜拉桥为研究对象,利用ANSYS建立其空间动力模型,采用非线性时程分析法对比分析了非一致激励与一致激励作用下斜拉桥的地震响应。研究结果表明:行波效应总体上使主梁与塔顶纵向位移响应减小,随着波速的增大,位移逐渐趋于一致激励;在波速较小时,考虑行波效应的塔底截面弯矩及剪力比一致激励要小,但墩底截面的弯矩和剪力略微增大;当波速较大时行波输入与一致激励的地震响应基本相同。考虑行波效应后墩梁和塔梁间相对位移均有所增大,墩梁和塔梁间相对位移变化不规律,震荡次数减少。     

单索面低塔斜拉板桁组合公铁两用桥地震响应分析

建立了郑州黄河公铁两用大桥主桥第一联单索面低塔斜拉板桁组合桥的三维有限元计算模型,对该桥梁进行了自振特性分析,在此基础上进行该桥的地震响应研究,对比分析了一致激励下和考虑行波效应非一致激励下的桥梁地震时程响应的差异。计算结果表明,与竖向刚度相比,该桥梁的横桥向刚度相对弱了一些,桥梁第一振型为横桥向弯曲振动;行波效应对桥梁地震响应的影响较大;当地震波峰值加速度不超过0.15g时,该桥梁的抗震安全性是可以得到保证的。     

高速铁路南京大胜关长江大桥地震响应分析

采用大型通用有限元软件ANSYS,建立南京大胜关长江大桥主跨的连续钢桁架拱桥的有限元模型,运用反应谱分析法对全桥结构进行地震响应分析.选用经过加速度幅值调整的El-Centro地震波作为输入地震波,进行大跨度连续钢桁架拱桥一致激励下以及4种不同波速地震行波作用下的全桥结构内力和位移时程响应分析.分析结果表明:南京大胜关桥的整体结构较柔,采用反应谱法计算地震波作用下的桥梁地震响应和采用时程分析法得到的一致激励和多点激励下的桥梁地震响应差别较大,多点激励下的横桥向和竖向地震位移响应是一致激励地震时程计算得到的位移响应的2～3倍;在地震波波速为500或1 000 m·s-1时,桥梁结构关键位置杆件的弯矩达到最大.因此,在进行大跨度拱桥的地震响应动态时程分析时,应该考虑多点激励,以反映桥梁结构在真实地震作用下的实际受力状态和变形性能.