近断层地震动作用下隔震曲线桥地震反应分析

研究目的:近年来在多次地震中近断层区域曲线桥遭受到严重破坏,甚至倒塌;与此同时,为提高桥梁的抗震性能,隔震技术逐步应用于桥梁工程中,并表现出良好的隔震效果,因而有必要研究近断层地震动作用下隔震曲线桥梁的地震反应。本文对采用摩擦摆支座的隔震曲线桥进行近断层地震动作用下的地震反应分析,研究近断层地震动对隔震曲线桥地震反应的影响,以期为近断层区域隔震曲线桥梁的设计提供参考。研究结论:(1)近断层脉冲型地震动作用下摩擦摆支座的位移和剪力显著增大,易造成支座破坏,甚至产生落梁;(2)近断层脉冲型地震动作用下桥墩的内力和位移均显著增大,易造成桥墩破坏;(3)在进行隔震曲线桥设计时,应对支座采取限位措施,并提高桥墩的抗震能力;(4)本研究成果可为近断层区域隔震曲线桥的设计提供参考。     

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。     

铁路连续刚构桥近断层地震响应分析研究

研究目的:近断层地震动的加速度峰值(PGA)、速度脉冲等特征与远场地震有较大差异,对桥梁结构的破坏力更大。因此,为获得铁路连续刚构桥在近断层地震作用下的响应特点与破坏形式,以指导川藏铁路等近断层铁路桥梁的设计,本文以川藏铁路采用的典型连续刚构桥为对象,利用FRAME(3D)软件建立全桥有限元分析模型,开展铁路连续刚构桥近断层地震响应分析与破坏形式研究。研究结论:(1)有能量脉冲的、长周期成分丰富的近断层地震动对桥梁结构的破坏较远场地震更严重;(2)桥墩损伤程度与PGV/PGA的关系明显,其比值越大,破坏越严重,可将PGV/PGA作为判断地震动是否对结构产生严重破坏的重要指标;近断层地震动中,PGV/PGA0.2 s出现的比例高,桥墩损伤严重;(3)连续刚构桥在地震作用下的损伤主要集中在墩底、墩顶或系梁部位;(4)近断层桥梁结构抗震中,既要考虑断层地震脉冲式大功率输入的因素,又要考虑高强低周疲劳效应的累积损伤;(5)本研究成果可为近断层铁路连续刚构桥的设计建造与抗震设防提供技术支撑。     

近断层地震作用下高铁连续刚构桥减震控制研究

为探究近断层地震作用下高速铁路连续刚构桥的抗震性能及减震控制措施,基于Makris速度脉冲模型,通过Matlab软件人工生成近断层脉冲型地震,利用OpenSees建立某高速铁路(82+146+82) m连续刚构桥线桥一体化有限元模型,分析不同速度脉冲类型、脉冲周期、脉冲幅值对桥梁动力响应的影响。在此基础上,研究不同参数液体黏滞阻尼器对近断层脉冲型地震的减震效果。研究结果表明：速度脉冲会显著增大地震加速度反应谱的长周期谱值,长周期反应谱幅值出现在脉冲周期对应的反应谱周期附近。对于本文算例,当速度脉冲周期Tp为1 s时,单半波速度脉冲为最不利脉冲类型;当速度脉冲周期Tp>1 s时三半波脉冲为最不利脉冲类型;速度脉冲会导致桥梁的墩顶位移大大增加,若不加以控制可能导致桥墩破坏甚至桥梁倒塌。液体黏滞阻尼器可有效降低近断层脉冲型地震作用下高速铁路连续刚构桥的动力响应,减震效果良好。在阻尼系数C为1 000～9 000 (kN·s)/m,速度指数α为0.1～0.9范围内,阻尼系数越大、速度指数越小、液体黏滞阻尼器对墩顶位移和墩底内力的控制效果越好,对于采用液体黏滞阻尼器进行减震控制的高速铁路连...     

铁路桥梁近断层地震响应与地震强度相关性

研究目的:以10组典型特征周期的铁路减隔震桥梁为研究对象,采用支座位置处延性位移作为地震响应参数(EDP),研究近断层地震作用下减隔震铁路桥梁地震响应参数与多种地震动强度指标IM的相关性。研究结论:(1)速度型IM指标最为适用于表征近断层减隔震桥梁非线性位移需求;(2)当结构初始特征周期与地震波高频能量集中区域频率及速度脉冲周期相近时,将导致EDP对IM值变化敏感,减隔震桥梁结构设计时应注意避开结构周期敏感区域;(3)本研究成果可为近断层铁路桥梁的减隔震设计提供技术支撑。     

近断层地震动作用下地铁隧道动力响应分析

为探究地震动引发的断层竖向效应对隧道等地下结构物的影响,选取有代表性的地震动监测数据,建立三维动力有限元模型,分析了不同竖向峰值加速度地震动下隧道结构与地层的动力响应规律.结果表明:断层对地震动具有放大作用,断层附近地层加速度较大;拱顶和拱腰受到地震动竖向效应的影响较大;在竖向地震分量比值较小时,随着竖向地震分量的增加...     

九度近断层地震区高速铁路简支桥合理墩高与跨度研究

西南山区一条高速铁路穿越九度近断层地震区,其桥梁跨度、墩高等技术指标均已超过既有高速铁路.为探求墩高和跨度合理匹配关系,研究不同墩高(30～55 m)、跨径(24,32 m)、地质条件(好、差)和截面尺寸(基准截面尺寸,120％和140％基准截面尺寸)对桥梁抗震性能的影响规律.结果表明:为满足行车安全要求,高速铁路桥梁...     

框架结构弹性及弹塑性反应谱研究

对大量不同结构类型平面框架进行地震弹塑性时程分析,得出地震响应时程曲线;根据曲线上的最大值绘出弹性及弹塑性反应谱,并拟合其反应谱计算公式,比较了它们之间的异同.参考现行抗震规范提供的反应谱计算公式,将不同结构类型的反应谱进行规准化,并与规范计算公式进行比较,结果表明现行规范反应谱计算方法比较粗糙,不能很好反映不同结构类型的地震反应特点.     

近断层地震作用下拉索模数伸缩缝对斜交桥地震响应的影响研究

采用拉索模数伸缩缝减小斜交桥在近断层地震作用下的地震响应,控制斜交桥主梁旋转,减小支座位移,防止落梁发生.首先对拉索模数伸缩缝的工作原理进行详细阐述,其对斜交桥主梁的作用力将产生与主梁旋转方向相反的扭矩,使主梁旋转得到控制,进而降低支座位移,避免落梁;然后借助SAP2000有限元分析软件建立3 m×30 m斜交连续梁桥有限元模型;最后分析拉索模数伸缩缝、地震动输入角度、斜度对斜交桥抗震性能的影响.研究结果表明:在不同输入角度的近断层脉冲地震动作用下,对不同斜度的斜交桥,拉索模数伸缩缝均能够有效限制墩梁相对位移,防止落梁.     

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。     

高架轨道交通无砟轨道谱特性分析

为了获取高架轨道交通无砟轨道谱的特征参数,提出采用Levenberg-Marquardt法对原始轨道谱线进行拟合。以上海轨道交通3号线检测数据作为样本、我国干线铁路7参数谱模型作为拟合公式,利用Levenberg-Marquardt法对轨道标准谱进行拟合。研究结果表明:采用Levenberg-Marquardt法对轨道谱进行拟合是可行的,轨道拟合谱线可以较好地表征原始轨道不平顺特征;得到了轨道谱以及轨道上、下极限谱的特征参数;基于轨道谱提出轨道质量判断方法,将轨道质量分为优良、合格和不合格3个类别,利用轨道谱及极限谱对轨道质量进行判定;最后,建议把轨道不平顺谱纳入轨道质量管理体系中,将其作为轨道质量的主要控制指标之一。     

爆破震动反应谱的特征分析

介绍了描述反应谱曲线变化特征的谱面积概念,并利用实验数据的统计计算,对谱面积与爆破地震波强度、频率、爆破参数以及结构震动响应的关系进行了讨论。最后,通过数据分析,依托比尺距r建立了谱面积的预测模型。     

抗震设计反应谱统一计算方法及谱兼容地震波

国内外各类抗震设计规范对设计反应谱给出了不同的计算方法,对各类反应谱不同的计算方法进行对比分析;利用世界范围内大地震时获得的数字强震仪记录,计算相应的加速度反应谱;结合结构动力学理论分析及统计分析方法,提出抗震设计反应谱统一计算公式。实际强震地震波具有高度的非平稳性,人工地震加速度时程不能直接反映实际地震加速度时程的非平稳性。为了得到与实际地震波类似的高度非平稳性且与设计反应谱兼容的地震加速度时程,以一组强震地震波为母波,得到与设计反应谱兼容的人工地震加速度时程。通过对人工地震加速度时程与实际地震波比较,发现其继承了实际地震波的非平稳性;同时人工地震加速度时程反应谱与目标设计谱具有较好的一致性。     

斜拉桥地震反应特性

本文通过以天津永和桥为原型建立的综合考虑各结构细节力点特点的斜拉桥动力分析模型，利用大型结构分析程序ＭＳＣ／ＮＡＳＴＲＡＮ，对斜拉桥地震反应的空间特性、行波效应、非线性特性等进行了分析与讨论，得到了斜拉桥独特的地震反应特性。     

不同地铁线路条件下轨道谱的特性分析

研究目的:轨道不平顺直接关系着地铁列车运行的平稳性和舒适性,本文对高架线路无砟轨道、地面线路有砟轨道以及地下线路无砟轨道等三种地铁线路的轨道不平顺谱特点进行拟合计算,分析其相应分布特性,为铁路轨道质量管理和轨道动力学计算提供技术参考。研究结论:(1)采用我国干线七参数公式作为拟合模型、改进Levenberg-Marquardt方法作为非线性拟合方法所得轨道拟合谱可以较好地表征轨道原始谱特征;(2)地铁轨道谱具有宽带和窄带随机波的谱特征,各种类型的线路轨道谱特征频段有所不同;(3)现有线路轨道的高低不平顺与轨向不平顺的状态控制水平较好;(4)该研究成果可用于轨道结构设计及线路轨道养护维修。     

近接浅埋偏压黄土隧道支护结构的力学特性分析研究

研究目的:解决新建复线隧道与既有隧道平行近距离修建时,既保证新建隧道安全施工,同时确保既有线隧道的安全运营的问题。研究结论:(1)在浅埋偏压条件下,新建黄土隧道拱部下沉量和净空收敛量均较大;(2)围岩压力分布呈不对称猫耳状;(3)钢拱架远离侧应力大于临近侧应力,在支护体系中作用较大;(4)拱部和边墙喷射混凝土处于受压状态,而底部多为拉应力;(5)拱部系统锚杆受力较小,对结构的稳定性作用不大,而锁脚锚杆对结构的稳定性有一定的作用;(6)既有隧道受新建隧道开挖影响比较明显,新建隧道开挖对既有隧道产生了偏压和拉伸两种效应;(7)两近接隧道之间的间距对既有衬砌的影响较大,当间距一定时,临近侧所受影响大于远离侧所受影响。     

抖振反应谱理论在列车抖振分析中的应用

以随机振动理论为基础,对Scanlan基于桥梁的颤抖振分析理论加以气动导纳函数修正应用于列车抖振分析中。提出了列车抖振反应谱理论与计算方法。水平风谱引用Simiu经验公式,竖向风谱引用Panofsky-McCormick竖向风谱经验公式,气动导纳函数选用Vickery的圆柱截面和棱柱截面的近似公式,计算出了车体和转向架的一阶升沉、横移和侧滚的抖振反应谱。结果表明:随风速增大,抖振反应增长迅猛,随风速线性增大,列车抖振反应呈指数增长,该结果符合动力学特征;转向架的抖振反应比车体的抖振反应大很多,无论是升沉、横移和侧滚均大出一个数量级以上。     

客运专线有砟轨道不平顺谱特性实测研究

结合合武客运专线有砟轨道不平顺检测数据,针对客运专线有砟轨道结构1~50 m波长范围内的不平顺特性开展实测分析。采用非周期图法对有砟轨道不平顺的功率谱密度函数进行估计;对半年内轨道不平顺功率谱的变化规律进行分析;对客运专线轨道不平顺功率谱值随波长的变化特性进行分析,并与当前国内外的通用谱进行对比分析;利用非线性最小二乘优化算法对客运专线有砟轨道结构的不平顺谱密度函数进行拟合,提出客运专线有砟轨道不平顺谱拟合公式。研究结果表明,温度变化对高低、轨向不平顺谱的影响非常显著;在分析波长范围内,大部分区段内的客运专线轨道不平顺功率谱值低于德国低干扰谱或者与德国低干扰谱相当,仅有小部分区段内高于德国低干扰谱。     

合-武客运专线轨道不平顺谱特性实测分析

基于合-武客运专线2009-03~2010-03的轨道不平顺检测数据,对1~50m中长波范围内的轨道不平顺特性进行实测分析。利用Welch法对轨道不平顺功率谱密度函数进行估计,分析合-武客运专线轨道不平顺功率谱随波长变化的规律,比较我国客运专线轨道谱与国内外轨道标准谱的差异;对比分析轨道结构对合-武客运专线轨道谱的影响规律;利用非线性最小二乘优化算法对客运专线轨道不平顺谱密度函数进行拟合,提出客运专线轨道不平顺谱拟合公式。     

高速列车近尾流区涡旋结构的湍流特性分析

为降低高速列车的气动阻力和气动噪声提供理论支撑,以CRH380A型高速列车为原型,建立比例尺为1∶30的高速列车空气动力学模型,应用分离涡模拟方法对其周围流场进行数值计算。在对数值模拟方法合理性验证的基础上,结合湍动能和雷诺应力的变化规律,对高速列车近尾流区涡旋结构的湍流特性进行分析。结果表明:在尾车鼻端附近,近尾流区涡旋结构中的湍流涡旋具有可观的湍动能,并随着向下游发展而逐渐耗散,与此同时涡旋结构中所携带的能量沿展向方向移动;在尾车鼻端附近,受车体侧表面分离形成的剪切流动的影响,近尾流区涡旋结构中的湍流涡旋在较高的垂向位置上能够使流向和展向的脉动速度之间保持很好的相关性,而离尾车稍远的湍流涡旋则会在较低的垂向位置产生相对较大的雷诺应力;雷诺应力在垂向上的变化规律受到分别来自车体底部和车体顶部的分离剪切流动的影响,并且尾车鼻端附近的湍流涡旋在受到由车体底部分离形成的剪切流动的作用时,能使流向与垂向的脉动速度之间保持相对较好的相关性,即相应的雷诺应力较大。