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。     

接触网系统最不利地震动输入方向分析

以电气化铁路常用的三角腕臂接触网系统为原型,建立5柱6跨接触网系统有限元模型,采用反应谱法,通过对接触网系统有限元模型不同方向施加地震荷载,展示不同地震动输入方向接触网系统各部分的地震响应,得到最不利地震动输入方向为纵向地震,抗震计算时也应考虑横向地震与竖向地震对悬挂结构产生的较大振动,为接触网系统抗震研究提供参考.     

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.     

高速铁路车站抗震计算的多维反应谱组合法

采用ANSYS软件分析天津西站Ⅱ区的结构特征,在传统随机振动算法中引入位移反应谱,结合水平向和竖向互功率谱表达形式的合理修正方法、沿结构整体坐标系方向功率谱、位移反应谱和传统三维平稳随机振动计算方法,提出用于高速铁路车站抗震计算的多维反应谱组合方法,并将多维反应谱组合方法的计算结果与时程响应分析和规范算法的计算结果进行比较。结果表明:高速铁路车站结构的异向振型间的相关性较强,地震动输入角度对结构响应的影响显著,而规范算法忽略了异向地震激励的相关性,不能反映地震动输入角度对结构响应的影响;多维反应谱组合法由于合理考虑了异向地震激励输入角度的变化、异向振型和地震激励的相关性,因此其计算结果与时程响应分析的结果吻合,更适用于高速铁路车站的抗震计算。     

一致激励下大跨度连续钢桁架柔性拱桥空间地震响应分析

基于多自由度空间结构体系地震响应分析的基本理论,利用ANSYS建立空间有限元模型,采用动力时程分析法分析一座大跨度连续钢桁架柔性拱桥在一致激励不同地震工况作用下的空间地震响应。研究结果表明:一致激励作用下,拱肋轴力、主桁弯矩峰值均出现在拱脚和边墩附近,拱肋横向位移峰值出现在每跨拱顶截面,纵向位移峰值沿桥长变化平缓;横向激励对横向位移影响大,对纵向位移影响小,纵向激励对纵向位移影响较大,对横向位移影响较小,竖向激励对水平位移影响较小;地震波组合输入对结构内力影响较单向输入大。建议在大跨度连续钢桁架柔性拱桥抗震设计中充分考虑地震空间特性,提高桥梁横向刚度,优化拱脚、边墩附近结构设计。     

小半径反向曲线桥梁车致振动试验研究

结合宁波北站铁路枢纽东疏解线新建小半径反向曲线桥梁动载试验,阐述列车通过曲线桥梁的耦合振动分析理论,根据实测结果对桥梁结构横向自振频率、横向和竖向加速度、横向振幅与位移进行分析,评定列车通过该小半径反向曲线桥梁的运营性能。根据试验分析结果,对小半径反向曲线上桥梁动力特性的理论分析进行验证和比较,提出桥梁有限元模型中基础刚度计算修正的建议。然后,根据修正后的桥梁计算模型,进一步对本桥车桥耦合振动响应进行数值分析,提出货运列车通过该桥梁的合理运行速度及相关建议。     

新型大跨铁路应急钢桁梁稳定性研究

采用Ansys建立128 m新型大跨铁路应急钢桁梁的计算模型,系统分析不同工况和非线性因素作用下的结构稳定性,探讨列车荷载、风荷载、温度、初始缺陷、几何非线性和材料非线性等因素对结构稳定性的影响。结果表明:不同荷载组合形式和分布形式下,结构稳定系数和失稳模态不同,主力作用下最低线弹性稳定系数为8.093,失稳形式为局部竖向失稳;随着横向风荷载的增大,结构稳定系数逐渐下降,且失稳模态由竖向失稳变为横向失稳;温度变化对大跨简支钢桁梁的稳定性影响很小;考虑初始缺陷时,稳定系数随初始缺陷的增大而减小,竖向失稳模态对竖向偏位较敏感,而横向失稳对横向偏位较敏感;考虑材料非线性因素时,相比线弹性稳定分析,稳定系数降低约70%,远远高于几何非线性对稳定性的影响,稳定分析中必须考虑材料非线性的影响;综合考虑各种因素,大跨应急钢桁梁最不利稳定系数为1.925,结构稳定性良好。     

高速铁路桥梁方向脉冲型近断层地震反应分析EI北大核心

研究目的:近年来,近断层地震对桥梁响应的影响日益引起研究者的注意,现有铁路规范对近断层效应的考虑较少。为研究方向速度脉冲效应对高速铁路桥梁地震响应的影响,基于Pacific Earthquake Engineering Research Center(PEER),Next Generation Attenuation Relationships for Western US(NGA West)强震数据库,采用ANSYS分析软件、ANSYS-APDL语言和弯矩曲率关系计算程序,建立了高速铁路桥梁全桥模型,考虑了轨道不平顺的影响,计算了近/远断层地震作用下桥梁的弹塑性地震响应。研究结论:(1)相比于远断层地震以及非脉冲型地震,方向脉冲型近断层地震对短周期结构地震响应影响较大,会增加桥梁位移及内力响应,其滞回特性表现出荷载-变形曲线中间加强的特点,会增加桥梁的结构和非结构损伤;(2)由于近断层地震较大的竖向地震动会改变桥墩轴力,导致梁体竖向挠度比远断层地震增加较多,《铁路工程抗震设计规范》(GB 50111—2006)等规范规定竖向地震为横向的65%,会低估梁体竖向动力响应;(3)本文研究成果可以为高速铁路桥梁抗震设计提供参考,也为今后相关设计规范、标准的修订提供技术支持。     

大跨度小半径曲线连续梁桥地震响应分析

为研究大跨度小半径曲线连续梁桥的地震响应,以现代有轨电车线路上一座(33.5+60.0+36.5)m三跨预应力混凝土曲线连续梁桥为例进行分析。采用MIDAS/Civil建立全桥有限元模型,计算不同约束条件下桥梁动力特性,并采用反应谱法对桥梁在地震作用下的位移和内力进行分析。分析结果表明:采用刚构-连续组合的曲线梁桥可以获得较好的内力响应及位移响应,有利于桥梁的抗震;对于大跨度、小曲线梁桥,位移响应最大时和内力响应最大时分别对应不同的激励角度,在考虑水平地震作用时应按不同的激励角度进行分析。对刚构-连续组合曲线梁桥采用固结刚度较大的桥墩,可以提高整个桥梁的刚度,减少整体的位移,有利于桥梁抗震。     

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。     

大跨度铁路连续梁拱组合桥梁地震响应特性

为研究大跨度连续梁拱组合桥梁的地震响应规律,以兰渝线上某(82+172+82)m连续梁拱组合桥为例,建立考虑桩土共同作用的有限元分析模型。分别采用反应谱和时程分析法研究该桥的地震响应特点,探讨高阶振型、几何非线性、竖向地震作用及行波效应等因素对桥梁地震响应的影响。分析结果表明:该桥内力最大出现在拱脚处;截面内力主要由低阶振型(前30阶)控制,高阶振型的贡献较小;几何非线性对该大桥的地震响应影响较小,内力最大仅增加2.21%;竖向地震作用对截面轴力和面内弯矩起控制作用,其放大倍数最大可达2.88倍;行波效应对大跨度梁拱组合桥地震响应的影响不可忽视。     

地震作用下梁式桥碰撞反应分析

在考虑梁间碰撞反应和桥梁结构非线性特性的基础上,建立全桥模型,通过不同桥墩高度和截面刚度简支梁桥在不同地震激励下的时程响应分析,对橡胶支座隔震的简支梁桥体系在地震作用下梁间碰撞响应规律和特点进行研究。结果表明,碰撞在一定程度上显著改变结构的响应状态,增大墩底弯矩和剪力;桥墩的高度、截面刚度以及地震激励的变化会对梁间碰撞产生影响。     

京广线提速250km/h 870号桥动载试验分析

通过对CRH1型动车组,过路客、货车作用下桥梁动载试验结果分析,评判桥梁是否具有足够的竖向和横向刚度,评估动车组通过桥梁时的安全性。     

大跨度铁路斜拉桥地震反应影响分析

针对大跨度铁路斜拉桥特点,结合桥梁结构体系及抗震措施,进行了行波效应、几何非线性、弹性连接刚度及阻尼器减震措施对结构的地震反应影响分析。分析表明:行波效应使主塔控制截面的内力约增大20%;考虑结构的初始内力引起的几何非线性影响后,结构的自振周期约增大3%,对主塔的地震反应影响较小,在设计中可以忽略其影响;塔、梁间的弹性约束刚度大小对结构的地震反应影响较大,其刚度取值为1.0×105k N/m左右时,结构的抗震性能较好;粘滞阻尼器对主塔控制截面的内力及塔顶位移具有显著的减震效果。     

川藏铁路大跨度钢桁拱桥近断层地震响应与减隔震措施

以川藏铁路近断层地震区某大跨度上承式钢桁拱桥设计方案为工程背景,采用反应谱法和时程分析法进行拱桥地震响应分析,并根据计算结果提出合理的减隔震措施建议。研究结果表明:拱桥结构首阶振型为拱梁横向对称弯曲,且反应谱法和时程分析法中横桥向响应均大于顺桥向响应,说明拱桥的横向为抗震的不利方向;由于近断层三向地震波的影响,桥梁结构弹性时程分析法的结构响应多大于相应地震水准下反应谱法的结构响应;未设置减隔震措施时,桥梁应力、内力及变形普遍不满足本桥的抗震设防要求;设置"摩擦摆支座+纵向阻尼器"减隔震措施后,桥梁自振周期有所增加,桥梁应力、内力及变形均明显减小,可满足川藏铁路桥梁更高设防目标的要求。     

空气弹簧非线性横向特性的有限元计算

根据超弹性材料的非线性本构关系,考虑空气弹簧的材料非线性、几何非线性和接触非线性问题,应用MSC.Marc软件建立了空气弹簧的有限元模型,以计算空气弹簧横向载荷与横向位移响应特性,得到其非线性横向刚度曲线,并通过实测数据验证了这一计算的合理性。并据此研究了内压、帘线角、帘线层数、帘布线厚度等空气弹簧参数对横向刚度的影响,以及帘线角对胶囊各铺层应力的影响,为空气弹簧的优化设计和横向特性分析提供了新思路。     

车-轨-桥耦合系统中的非一致地震输入方法研究

为分析地震输入方法对列车-轨道-桥梁系统地震响应的影响,考虑路基和桥梁地震力边界条件,分别采用直接求解法、相对运动法、大质量法和大刚度法输入非一致地震激励,建立不同地震输入方法下的列车—轨道—桥梁动力分析模型,以跨度(48+5×80+48)m的刚构-连续组合梁桥为例,对比不同地震输入方法下车桥系统的地震响应。结果表明:大刚度法与直接求解法求得的车桥地震响应完全相同;大质量法求得的脱轨系数和轮重减载率相比直接求解法偏大,最大偏差达44.0%和26.4%;相对运动法求得的脱轨系数、轮重减载率和桥梁位移相比直接求解法偏小,最大偏差分别为32.5%,12.8%和51.9%。由于大刚度法只需输入地震动位移时程,相比直接求解法计算更为简便,因此,在列车-轨道-桥梁耦合系统中大刚度法是输入非一致地震激励的最优方法。     

非一致地震输入阻尼对车桥系统地震响应的影响

为简化列车-轨道-桥梁耦合系统的地震力输入,基于多点多维地震响应分析理论,分别采用直接求解法、相对运动法、大质量法和大刚度法处理耦合系统地震力边界,推导地震力表达式,并将其地震速度项定义为阻尼项。在已有程序TTBSAS的基础上编制考虑阻尼项与不考虑阻尼项2种分析模块,以跨度(48+5×80+48)m的刚构-连续梁桥、板式无砟轨道和ICE3高速列车为例,输入San Fernando地震波,探讨不同非一致地震输入方法阻尼项对耦合系统地震响应的影响。研究结果表明:输入地震加速度的相对运动法和大质量法阻尼项的影响远大于输入地震位移的直接求解法和大刚度法,且随质量阻尼系数α的增大而增大;忽略相对运动法和大质量法的阻尼项会低估列车的脱轨系数和轮重减载率,可能造成对桥上列车行车安全的误判;直接求解法和大刚度法可仅输入地震位移,相对运动法和大质量法需同时输入地震加速度和速度。     

梁端碰撞效应对大跨高墩连续刚构桥易损性影响

西部山区连续刚构桥的主桥常常是高墩大跨,主桥与桥台或引桥的纵向刚度差异较大,导致在地震作用下,主桥与其两端的引桥(台)的动力响应不同步,从而发生梁端碰撞。以某大跨高墩连续刚构桥梁为背景,基于OpenSees平台建立其非线性有限元模型,选取100条实测随机地震动,引入拉丁超立方抽样、云图法以及概率地震需求模型基本理论,考虑梁端可能的碰撞作用,计算桥梁主要构件的地震易损性曲线,选用串联模型进行桥梁系统易损性分析,研究桥梁梁端碰撞效应对桥梁易损性的影响。研究结果表明:梁端碰撞作用对桥梁结构不同构件有不同的影响,考虑碰撞效应可以降低桥梁系统的损伤概率。     

城市轨道交通连续刚构桥车桥耦合动力分析

采用23个自由度的多刚体车辆动力分析模型、空间梁单元模拟桥梁结构,据位移协调原理,建立了广州市轨道交通四号线四跨变截面连续刚构特大桥沙湾大桥车桥耦合时变动力分析模型,并将轨道的竖向不平顺和方向不平顺作为系统的激振源,编制程序计算地铁列车通过时的车桥耦合振动响应。计算结果表明:在地铁列车常用编组和运营条件下,车辆与桥梁的振动响应随着列车速度的提高而缓慢增大;列车舒适性与安全性各项指标均能满足要求;桥梁具有足够的竖向刚度与横向刚度,所得结果可供设计参考。