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。     

桥梁参数对桥上无缝线路伸缩力的影响分析

基于有限单元法和梁轨相互作用理论,以铁路常见桥型连续梁桥和简支梁桥为例,建立了线-桥-墩一体化桥上无缝线路计算模型,分析了伸缩力的作用规律及桥梁跨数、支座、墩台纵向水平刚度、桥梁跨度对伸缩力的影响。结果表明:宜增大连续梁相邻简支梁桥墩的纵向水平刚度,以提高其承载能力;对于多达数十跨、数百跨的简支梁,可只取10跨计算;对于多联连续梁桥,可只取相邻5跨简支梁进行计算;我国桥上无缝线路计算中一般未考虑活动支座摩擦系数的影响及将支座视为刚性体,都是偏于安全的;桥梁墩台纵向水平刚度不宜过大。     

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。     

大跨度铁路独塔混合梁斜拉桥的动力特性

为研究大跨度铁路独塔混合梁斜拉桥结构参数对动力特性的影响,以岳口汉江特大桥为背景,利用MIDAS/Civil建立有限元模型,分析了边中跨比、结构自重和刚度、钢混比等参数及有无辅助墩和横向抗风支座对桥梁动力特性的影响。结果表明:该桥振型排列合理,耦合程度低;钢混比和边中跨比对主梁基频影响极大,辅助墩可以有效提高桥梁的整体刚度;无横向抗风支座对主梁振型影响较大,但对桥塔振型影响不大;主梁刚度和自重对本桥前3阶振型的振动频率影响显著;桥塔自重主要影响主塔侧弯和纵弯频率;斜拉索刚度主要影响主梁竖弯和主塔纵弯频率。     

重载铁路大跨刚构桥-轨道系统碰撞效应研究

为研究碰撞效应对重载铁路大跨连续刚构桥与轨道系统地震响应的影响,建立考虑碰撞的重载大跨连续刚构桥与轨道系统一体化仿真模型。以某4-32 m简支梁+(108+180+108)m连续刚构桥+4-32 m简支梁为例,研究碰撞效应对系统受力特性的影响,并探讨地震强度、碰撞单元刚度、梁端间距和小阻力扣件布置方案对碰撞效应和系统受力特性的影响。研究结果表明:钢轨地震应力最大值发生在简支梁与刚构桥交接处,刚构桥桥墩承受较大的墩顶水平力,考虑碰撞时的墩顶水平力最大值较忽略碰撞减少34.2%;增大地震强度,可显著增强碰撞效应,同时也使钢轨应力和墩顶水平力增大;增大碰撞单元刚度使梁体间的碰撞力增大,同时钢轨应力也有小幅度的减小;增大梁端间距使碰撞次数减小,但钢轨应力和墩顶水平力最大值均增大;布置小阻力扣件会减弱桥与轨道的非线性约束,碰撞效应加强,布置小阻力扣件路段的钢轨应力迅速减小,全线布置小阻力扣件较全线有砟轨道钢轨应力最大值减少了42.0%。     

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。     

基于摩擦摆支座的高速铁路 连续梁桥减隔震研究

为改善铁路桥梁的横向抗震性能,以高速铁路三跨连续梁桥为例,采用ANSYS软件,建立横向碰撞有限元模型,开展摩擦摆支座的减隔震研究。模型中考虑轨道系统(CRTSⅡ型)约束作用、支座非线性、墩柱弹塑性及桥梁两侧简支梁和路基段的影响。采用非线性地震反应时程分析方法,分析轨道系统约束作用对桥梁结构横向地震响应的影响,探讨挡块-垫石间距及摩擦因数和球面半径对摩擦摆支座隔震性能的影响,并比较2种隔震方案的减震效果。研究结果表明:轨道系统约束作用会改变桥梁结构的动力特性与地震响应,放大墩底剪力横向分配的不均匀性;适当增大挡块-垫石设计间距,可确保摩擦摆支座充分发挥隔震性能;结构横向地震响应对摩擦摆支座摩擦因数的变化较其球面半径变化敏感,且摩擦因数取用0.03～0.04较为合理。     

温度对隔震简支梁桥梁体碰撞效应的影响

为了探讨温度对隔震简支梁桥梁体碰撞效应产生的影响,以美国"AASHTO指导性隔震设计指南"为基础,结合国内铅芯隔震橡胶支座利用MIDAS软件对全桥建立简化的力学数值计算模型,并从PEER地震动数据库中选取具有代表性的5条地震波采用非线性时程法进行抗震分析,主要研究隔震简支梁桥在不同温度环境下梁体间的碰撞效应,研究结果表明:随着温度的降低,铅芯隔震橡胶支座刚度逐渐变大,致使梁体间的碰撞力随温度的降低也逐渐增大,强烈的碰撞易导致梁体的破坏及落梁事件的发生,因此,建议对位于低温环境下的隔震简支梁桥应选用耐寒性较强的隔震支座,以减小温度对梁体碰撞产生的不利影响,提高桥梁结构的整体抗震能力。     

碰撞参数对隔震桥梁地震响应的影响

以四川省汶川县境内的一座隔震桥梁为例,采用ANSYS建立全桥有限元模型,研究地震作用下梁体碰撞参数对隔震桥梁地震响应的影响。选取5条代表性地震波,利用接触单元Combin40模拟梁体间的碰撞。地震动分析方法采用非线性动力时程法,主要碰撞参数包括碰撞刚度、伸缩缝间隙和恢复系数。结果表明:碰撞刚度、伸缩缝间隙和恢复系数均会对隔震桥梁地震响应产生较大影响;碰撞刚度越大,墩顶位移、碰撞力和隔震支座水平剪力越大;随着伸缩缝间隙的增加,墩顶位移和隔震支座水平剪力、碰撞力的变化规律相反,采用合理的伸缩缝间隙有利于减小墩顶位移和隔震支座水平剪力;墩顶位移和隔震支座水平剪力随恢复系数的增大而增大,碰撞力随恢复系数的增大而减小。     

混凝土桥梁裂缝特性及其对结构固有振动的影响分析

详细介绍混凝土桥梁结构开裂理论、裂缝种类及其具体成因,研究混凝土桥梁裂缝损伤对结构动力特性的影响.采用单元刚度退降模拟结构裂缝,以简支梁、连续粱和拱分别模拟单一单元不同位置、不同程度损伤及不同结构长度损伤的情况,系统分析裂缝损伤对固有振动特性的影响.结果表明,不同位置处损伤对频率摄动的关系曲线与对应振型相似,但在固端约束及支承处的损伤对频率影响显著.损伤引起的频率摄动量的变化率随损伤程度的增大而缓慢增大.频率摄动量随损伤长度的增大而增大,当损伤长度增加的部分处于对应振型的峰值附近时,则频率摄动量的增大速率相对较大,反之则较小.单一单元损伤引起的振型变化很小,各类损伤前后的MAC值均在0.90以上.     

地震作用下高速铁路简支箱梁桥横向偏心碰撞反应分析

随着高速铁路的快速发展,越来越多的高速铁路桥梁修建于地震区。我国高速铁路32m简支箱梁桥通常设置型钢挡块作为横向防落梁措施,强震作用下,桥梁上、下部结构由于动力特性的不同而发生不同相振动,从而引起挡块与垫石间的非线性碰撞。本文针对这种横向碰撞现象,建立考虑上部结构与垫石间偏心距、支座非线性和墩柱弹塑性的横向碰撞模型,通过非线性地震反应时程分析,评估防落梁措施的抗震性能,并研究二期恒载、桥墩线刚度、垫块类型及墩柱弹塑性等参数对结构地震响应的影响。结果表明:目前高铁桥梁中采用的防落梁措施对横向限位起到重要作用,强震作用下型钢挡块与垫石之间的碰撞可能引起桥墩破坏,在其间设置硬木垫块可以适当降低碰撞力,有效改善高铁桥梁体系的横向抗震性能。     

大跨公轨两用悬索桥动力特性的参数敏感性分析

为了深入研究大跨度公轨两用悬索桥的动力特性,以贵州省在建的马岭河三号特大桥为研究对象,基于Midas/Civil建立全桥三维离散单元有限元模型,采用子空间迭代法进行模态分析,得到该桥的自振频率和振型,并采用控制变量法,分析主塔刚度、主缆刚度、加劲梁刚度、吊杆刚度、恒载集度、中央扣和横向抗风支座等六类结构关键参数对其动力特性的影响。研究结果表明:该桥基频为0.172 Hz,对应振型为主梁1阶正对称侧弯,该桥自振频率较同等跨径的普通公路悬索桥高,结构整体刚度较大;增大主塔刚度,主塔侧向振动频率提高;增大主缆刚度,主梁1阶竖向振动和扭转频率提高;增大吊杆刚度,纵飘频率有一定程度提高;增大加劲梁刚度,主梁侧弯和主梁扭转振型频率的提高显著,有助于提高结构的横向刚度和改善结构的颤振性能;而增大恒载集度,以主梁振动为主的侧弯、竖弯、扭转振型的自振频率均有不同程度的降低;中央扣和抗风支座能有效提高结构的整体刚度。     

城轨车辆车体纵向刚度对连挂碰撞的影响

文章以某一轻轨车辆为对象,应用多体动力学软件SIMPACK对其连挂碰撞特性进行研究,验证其碰撞特性是否满足设计要求,并分析车体的纵向刚度对连挂碰撞的影响。结果表明车体纵向刚度在某一特定值范围内,最大冲击力和碰撞车辆加速度最大值均随着车体刚度的增加而显著增加,当车体纵向刚度超过某一特定值,最大冲击力和碰撞车辆加速度最大值均变化缓慢,逐渐趋于稳定。     

双索悬索桥结构参数对自振特性的影响分析

引入只受拉三维拉索单元,采用考虑几何非线性的子空间迭代法对黄河大峡水库下游某双索悬索桥自振特性进行分析,理论值与实测值能较好的吻合,说明该空间非线性有限元分析方法的正确性;进而将该桥与相同跨径和结构参数的单索悬索桥的自振频率、振型进行对比分析,结果表明双索悬索桥能有效提高桥梁一阶竖弯振动频率。最后,讨论恒载集度、加劲梁刚度、矢跨比等结构参数变化对双索悬索桥自振特性的影响,为双索悬索桥结构设计理论提供了动力性能方面的依据。     

多塔矮塔斜拉桥结构参数敏感性分析

基于结构参数敏感性分析的摄动原理,通过选择合适的摄动值计算各参数对结构力学性能的敏感系数,研究多塔矮塔斜拉桥参数变化对结构内力、变形和自振特性的影响大小,为结构设计和施工监控提供参考。研究结果表明:边跨长、主梁刚度、桥墩刚度的变化对结构刚度和内力影响较大,拉索刚度、跨中无索区长度对结构内力的影响相对较小;塔跨比、拉索刚度、主梁刚度是影响索力的主要因素;主梁和桥墩刚度、边跨长度对主梁振型的影响较大;塔跨比、主塔刚度则对主塔的振型有较大影响。     

单裂缝简支梁动静刚度变化规律分析及试验研究

基于单裂缝Euler-bernoulli简支梁挠度及频率计算公式,讨论单裂缝简支梁的动刚度、静刚度变化规律以及两者间的关系,同时对4片矩形截面钢筋混凝土简支梁分级加载开展相关的试验研究。研究结果表明:位于振型节点的裂缝对动刚度无影响,应采用一阶频率计算动刚度;钢筋混凝土简支梁裂缝发育初期,动刚度、静刚度变化基本一致;裂缝进一步发育后,动刚度大于静刚度;钢筋混凝土简支梁开裂初期可用实测结构基频代替荷载试验了解结构的刚度情况,但梁体开裂严重时应谨慎使用此方法。     

弹性支承下大跨连续梁桥车桥耦合振动响应分析

为探讨弹性支承下梁桥车桥耦合振动响应,用弹簧-阻尼单元模拟支座,采用9自由度三轴空间整车模型,以三跨连续箱梁桥为研究对象,建立车桥耦合方程,利用ANSYS软件二次开发语言APDL进行仿真分析。研究分析了在弹性支承下,支座刚度、路面不平整度、车速以及行车间距对大跨连续梁桥车桥耦合动力响应的影响。研究结果表明,当支座刚度较小时,支座刚度变化对桥梁动力响应的影响较大,而当支座刚度较大时,支座刚度变化对桥梁的动力响应较小;路面等级越低,桥梁振动频率越趋向于低频化,当与桥梁固有频率接近时,动力响应尤为激烈;车速与行车间距对跨中挠度影响不大,对冲击系数与加速度幅值有较大影响,控制行车速度,保持良好车距可以有效减少车桥耦合振动响应。     

轨道约束对高铁大跨连续梁桥地震反应的影响

研究目的:针对CRTSⅡ型板式无砟轨道体系的结构特点,以京沪高速铁路某大跨度连续梁桥为研究对象,采用线桥一体化模型讨论轨道体系对桥梁动力特性及地震反应的影响。研究结论:(1)轨道约束体系可增强相邻桥跨间的纵向联系,使按传统模型分析得到的两个单独振动单元变为一个整体振动单元,随着简支梁跨数的减少,连续梁桥的纵向一阶自振周期逐渐减小;(2)采用线桥一体化模型计算的连续梁桥地震反应大于传统模型,且随着简支梁跨数的增加,地震反应增大明显,不考虑轨道体系的纵向约束效应时,连续梁桥的地震反应偏于不安全;(3)随着轨道系统伸缩刚度的降低,线桥一体化模型的计算结果越来越接近传统模型;(4)随着端刺刚度的增加,连续梁桥的地震反应逐渐减小,但当端刺刚度大于一定值时,对连续梁桥的地震反应几乎无影响;(5)该研究结果可为多遇地震下高速铁路桥梁抗震计算模型的修订提供依据。     

桥梁地震碰撞机理和抗震设计建议

地震时梁部碰撞直接导致梁体或桥台破损,严重时会出现落梁、支座破坏。利用Midas/civil软件,通过建立有限元模型,对简支梁、连续梁和连续刚构桥梁地震碰撞模拟分析,揭示了桥梁地震碰撞的机理以及简支梁、连续梁和连续刚构桥梁地震碰撞的特点:制约桥梁地震碰撞的最重要因素是墩身高度、墩底的基础刚度,其他因素则包括诸如梁体重量、梁体与桥墩之间的结合方式、以及制动墩的位置等。碰撞事件的发生主要取决于结构自身的振动特性,结构的振动特性总体控制了碰撞次数和碰撞强度。提出了碰撞缓冲液压装置等防止桥梁地震碰撞破坏的有关设计建议和方案。     

加劲梁外伸跨对悬索桥静动力特性的影响

为研究加劲梁外伸跨对悬索桥静力、动力特性的影响,以一中等跨度悬索桥为例,利用桥梁非线性分析系统BNLAS,分别建立加劲梁单跨简支、三跨连续以及五跨连续的单跨悬吊体系有限元模型,对结构进行静力、动力特性分析。结果表明:外伸跨加劲梁能够有效降低梁端最大纵向位移及转角,降低了活载作用下加劲梁的挠度,而且有效提高了结构整体面外刚度;外伸跨加劲梁有效减弱了行车下梁端位移的响应,降低了梁端支座的往复式位移总量;在动力特性方面,外伸跨加劲梁同样具有较多的优点。为提高伸缩缝及支座的耐久性,单跨悬吊悬索桥推荐采用带外伸跨的连续加劲梁体系。