高墩刚构桥地震响应及减震控制研究

近些年,高墩甚至是超高墩刚构桥大量建设,由于其属于非规则桥梁,使得在抗震设计时需要做专项研究,加之桥墩和主梁采用现浇整体刚结的结构形式,使得隔震支座在高墩刚构桥上无法使用。选取一座典型高墩刚构桥,建立其弹塑性动力分析模型,分析了在设计地震动输入下的结构抗震性能规律,进而选取被动控制阻尼器分析了减震控制效果。分析表明:高墩刚构桥在设计地震作用下,桥墩塑性铰发展程度较低,能够满足设计抗震要求,但采用阻尼器进行减震控制后,桥墩能够在设计地震作用下保证为弹性受力状态,减震控制效果优于防落梁拉杆。     

浅埋小净距偏压隧道地震响应特性与承载力安全分析

与非偏压隧道相比,浅埋偏压隧道稳定性较差,受地震动荷载的影响更为敏感.结合实际工程,运用FLAC有限差分法研究了浅埋、偏压、小净距隧道结构在水平地震荷载作用下的动力时程响应,对比分析了左、右两洞的内力(轴力、剪力、弯矩)变化规律和动力安全系数.研究结果表明:衬砌结构的地震响应、受力状态与地形条件密切相关;在两洞埋深差异...     

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。     

基于Opensees的铁路空心高墩地震反应研究

研究高墩在强震作用下的地震反应。以铁路连续梁桥为例,基于抗震模拟软件Opensees,建立一个90 m的空心高墩,考虑高阶振型,进行非线性动力时程分析,求出加速度从0.1g至0.6g时墩顶位移、墩底弯矩的变化规律及塑性铰的形成和扩展情况。结果表明,加速度从0.1g调整为0.2g,0.4g,0.6g时,墩顶位移分别增加1.35,2.79,4.6倍,墩底弯矩分别增加1.49,2.54,3.38倍。墩底首先进入塑性区,墩中部后进入塑性区,塑性区的长度分别向墩底和墩顶扩展,向墩底比向墩顶扩展的更快更广泛。因此,高墩设计中不仅在墩底部位,也要在墩身中部布置足够的箍筋。     

关于墩身弯矩增大系数和墩顶位移计算的建议(续)

<正> 前已讨论过墩身在压弯作用下对于弯矩增大系数和墩顶位移的计算(见本年第3期),其中对承受墩身风力和墩身自重影响,未进行较细的分析。现就这两个问题在前文基础上作进一步的探讨,兹分述如下。一、压弯作用下墩身风力的计算前文中提出过将风力近似地折算为墩顶水平力来计算的办法,如要细算,可使用附表的算式。墩顶有轴向力N(kN),墩顶弯矩m。     

铰接悬臂拼装连续梁剪力铰受力影响因素分析

剪力铰是一种只传递剪力、不传递弯矩的构造,在铁路桥梁中首次成功应用于成昆线旧庄河1号桥。剪力铰的受力较为复杂,使用过程中其主要部件预应力粗钢筋发生了多次破断。本文分析了剪力铰“左右块体+竖向预应力粗钢筋”构造,进行了外观状态检查、桥面线形测量、三向相对位移测试和粗钢筋应力测试。结果表明：部分粗钢筋管道中长期存水,导致粗钢筋存在局部锈蚀的可能;剪力铰处的桥面下挠达到118 mm,列车通过时的冲击作用明显增大;剪力铰两侧最大竖向位移差达到0.64 mm,即粗钢筋力值差为59.6 kN,接近预应力螺纹钢筋容许疲劳力值,长期疲劳荷载作用下疲劳断裂的风险加剧;粗钢筋有效预应力均高于设计值,最大值高出100%(153 kN),但远小于其极限承载力668 kN,粗钢筋发生极限承载力破坏的可能性较小。结合影响剪力铰粗钢筋破断的因素,提出了剪力铰养护维修的指导建议。     

预应力混凝土槽形梁静力行为研究

为了解槽形梁静力行为,进行了一片预制预应力混凝土槽形梁的模型试验,分别考虑跨中最大弯矩及梁端最大剪力两种荷载工况对试验模型进行加载,测试了试验模型的控制断面的应力、变形.并采用非线性有限元分析方法对槽形梁的力学特性进行了研究.试验和研究得到了如下结论:该槽形梁的剪力滞效应较为突出,具有明显的开口薄壁杆件特征,底板的空间板效应明显,在设计荷载作用下结构处于线弹性状态,具有一定的安全储备.     

高速铁路钢混连续梁桥弹性约束体系抗震性能研究

以一座高速铁路大跨度钢混连续梁桥为工程背景,介绍了弹性约束体系及设计参数取值方法,从动力特性、桥墩剪力、墩顶位移等方面对比分析了弹性约束体系、连续约束体系的地震响应,探究弹性约束体系纵向抗震性能。结果表明：与连续约束体系相比,弹性约束体系显著延长了桥梁结构自振周期,且多个主墩协同受力;弹性约束体系有效减小了桥墩纵向剪力和墩顶水平位移,设计、罕遇地震工况下桥墩纵向剪力减震率分别为61.26%、40.56%;罕遇地震工况下,弹性约束多功能支座位移达到弹性位移设计值,纵向水平力由纵向限位装置、弹性约束装置共同承担。弹性约束体系具有良好的纵向减震性能,设计地震、罕遇地震工况下桥墩纵向剪力平均减震率分别为60%、43%。     

荷麻溪大桥动力特性与地震反应谱分析

研究目的:为检验双塔单索面部分斜拉桥的抗震性能,建立荷麻溪大桥的动力特性分析力学模型,运用有限元法进行动力特性与地震反应谱分析。采用标准反应谱作为输入的谱曲线,分别考虑纵向、横向和竖向输入下该桥的地震响应,研究地震作用下结构的内力和变形,分析该桥的抗震性能。研究结论:结构动力特性分析表明:荷麻溪大桥的1阶主振型为对称竖弯,因此大桥受竖向地震响应很大;桥的2阶振型为纵移,在纵向地震作用下,桥墩和主梁连接处将产生较大的弯矩和剪力。地震反应谱分析结果表明,主桥结构关键部位基本保持弹性,满足抗震设计要求。     

城市下承式系杆拱桥动力特性与地震响应谱分析

为了研究城市下承式系杆拱桥在地震作用下的响应,通过MIDAS建立某城市下承式钢管混凝土系杆拱桥的有限元模型,计算该桥前150阶频率、周期、振型等动力特性,基于城市桥梁抗震设计规范对该桥进行了地震反应谱分析。计算结果表明:本文所研究的下承式钢管混凝土系杆拱桥的拱肋横向刚度相对系梁较小,低阶模型振型中先出现拱肋的振动,再出现全桥振动;E2地震反应谱作用下的响应较大,最大内力(剪力、弯矩、轴力)所在的控制截面位置均不相同。所得结论可以为城市下承式系杆拱桥抗震设计提供参考。     

螺栓临时铰在单向力作用下受力模式分析

螺栓临时铰是大跨度悬索桥加劲梁施工中的一种临时连接构件,避免了传统大铰提前制作、安装并参与梁段预拼的麻烦。目前,螺栓临时铰连接件的相关分析匮乏,为了分析其传力和变形模式,利用ABAQUS建立考虑接触非线性、材料非线性的临时铰实体模型,根据单向力作用下的平衡与变形协调条件,建立最不利螺栓剪力计算公式,并通过实桥工程验证其可靠性。研究结果表明:轴力和剪力作用下本文公式和有限元计算结果的相对误差在5.0%以内,弯矩作用下的误差在10%以内,而规范计算方法的相对误差均在25.0%以上。该计算方法的建立,有利于了解螺栓临时铰的传力规律并可在钢桁梁悬索桥实践中推广应用。     

某低重心独塔斜拉桥抗震性能研究

某黄河独塔斜拉桥初步设计方案有半漂浮结构体系和固定铰支承结构体系。对其两种不同结构体系进行了抗震性能分析,通过对两种不同结构体系地震荷载作用下主塔控制截面内力响应对比可知,该桥为典型低重心独塔斜拉桥,该桥固定铰支承结构体系主塔控制截面的弯矩响应明显低于半漂浮结构体系主塔相应截面的弯矩响应。为进一步提高该桥的抗震性能,分别对不同塔梁之间纵向特殊连接装置对抗震性能的影响进行了优化对比分析,得到了一些有意义的结论。     

高墩大跨连续刚构桥最大悬臂阶段风致响应及其对施工人员的影响

以某高墩大跨连续刚构桥为工程背景进行了空间有限元分析,采用静力分析方法,分别计算了阵风作用下最大双悬臂施工状态下高墩桥梁和跨度相近的低墩桥梁的结构内力,并探讨了其墩底内力特点;采用时域分析方法,计算了桥梁最大双悬臂施工状态下结构的抖振响应,通过进行舒适度分析,讨论了桥梁抖振响应对施工人员安全的影响。研究结果表明:高墩刚构桥墩底的横桥向弯矩由主梁上风荷载对称加载方式决定,而低墩刚构桥则由非对称方式决定;最大双悬臂状态在抖振作用下的Diekemann舒适度指标值很小,对施工人员的工作影响不大。     

高墩大跨连续刚构桥的设计及关键技术研究

依托兰州至合作铁路泄湖峡大夏河特大桥主桥(54+90+54)m连续刚构,采用有限元方法建模计算,对全桥结构动力特性、抗震性能进行了研究,并从主梁抗裂措施、主墩不等高对于梁部内力的影响、主墩墩身内力调整三个方面详细论述了单线高墩大跨连续刚构设计关键技术。分析结果表明:罕遇地震作用下,需合理配置塑性区域的钢筋以保证桥墩的转动能力;连续刚构设计关键技术为防止箱梁开裂,降低运营阶段墩身弯矩提供了可靠保证。     

连续刚构桥地震反应分析

研究目的：为检验双线连续刚构铁路桥在多遇地震和罕遇地震下的抗震性能，参照《铁路工程抗震设计规范》要求，对连续刚构桥进行自振特性分析、多遇地震下的弹性地震反应分析和罕遇地震下的弹塑性地震反应分析。分析过程也可作为高墩铁路桥地震反应分析的一种方法。研究结论：通过自振特性分析，得到该桥的主要自振周期与振型。弹性地震反应分析包括反应谱分析和弹性时程分析，根据分析结果，采用容许应力法对桥墩截面进行抗弯验算。弹塑性地震反应则首先采用纤维模型进行桥墩截面的弯矩一曲率分析，得到截面弹塑性弯曲能力曲线，将其转化为等效的折线模型，作为桥墩相应位置的等效分布塑性铰弯曲特性，进行弹塑性动力分析，得到桥墩截面的弯矩一曲率滞回曲线，从而判定该桥在罕遇地震作用下的抗震性能。分析结果表明该桥满足规范“小震不坏，大震不倒”的抗震设防要求。     

辽阳新运大桥弹性及弹塑性地震反应分析

辽阳新运大桥主桥为四跨大跨径连续箱梁桥,针对该桥,依据《公路桥梁抗震设计细则》,采用谱分析方法和Pushover分析方法,并考虑支座连接形式和桩土相互作用,对其进行弹性及弹塑性分析,通过分析得出结构在地震作用下的屈服性能以及塑性铰的屈服状态,验证了结构在E1和E2作用下的强度和变形满足要求,为类似工程的抗震设计提供参考。     

基于剪力铰的浮置板轨道减振性能优化分析

采用弯剪弹簧阻尼单元模拟剪力铰对浮置板板端位移的约束作用,建立剪力铰连接条件下列车—钢弹簧浮置板轨道模型。采用模态分析法和Newmark-β法求解列车—浮置板轨道的动力响应,研究剪力铰对列车和轨道减振效果的影响,并通过不同剪力铰参数组合下的车轨动力响应分析,进行剪力铰参数组合的优化。结果表明:无剪力铰情况下,车轨动力响应在板端处均较其他位置处明显偏大,其中,板端处钢轨位移幅值较非板端处增大了57.6%,对列车长期运营及乘客舒适度造成不利影响;将剪力铰设置于浮置板板端位置,可减小板端轨道整体刚度的不连续,从而减小车轨动力响应;剪力铰的抗弯刚度可有效提高浮置板轨道的整体刚度,剪力铰的抗剪刚度则可有效降低板端位移差;通过对响应幅值的统计分析,得到在105~1012量级范围内剪力铰的抗弯刚度和抗剪刚度的最优组合为抗弯刚度5 000 MN·rad-1、抗剪刚度5 000 MN·m-1。     

地铁车站结构随机振动响应分析

基于地震反应的随机非确定性,运用基于概率统计方法的随机振动理论进行结构抗震分析,考察结构的动力可靠度,是一种合理的设计方法。运用虚拟激励法对青岛地铁五四广场站进行随机振动分析,避免了传统方法计算的冗繁,得到了具有统计意义的结构动力响应。考虑x向功率谱输入时,弯矩分布较为均匀;地铁结构体型变化较大的部位剪力明显增大;柱底剪力较小,边跨柱剪力小于中跨柱底剪力。考虑y向功率谱函数输入时,沿梁轴向剪力值逐渐增大,柱底剪力明显大于x向输入时的柱底剪力,边跨柱柱底剪力大于中跨柱底剪力。所得结论为地铁站这一复杂结构形式进行基于可靠度理论的设计提供了依据,可以作为同类设计的参考指导。     

王家山2号T形刚构铁路桥弹塑性减震方案的研究

为了减弱地震反应,在双薄壁墩间设置合适尺寸的弹塑性连接梁,在地震中,连接梁产生塑性变形而耗能,在端部形成塑性铰,减轻了结构的地震响应。比较了设置连接梁与不设置连接梁两个桥梁模型,分别计算在顺桥向输入地震波时,薄壁墩柱的弯矩及位移,表明设置弹塑性连接梁的减震效果明显。     

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。