大跨度斜拉桥多维多点随机地震激励响应分析

为研究大跨度斜拉桥地震激励下的平稳随机响应规律,以某大跨度斜拉桥为例,用ANSYS软件建立了三维有限元分析模型.考虑地震动的多维性、行波效应、部分相干效应及局部场地效应对主梁及主塔位移和内力随机响应的影响,用该模型分析了大跨度斜拉桥在多维多点地震激励下的响应.研究结果表明:相对于一致激励,大跨度斜拉桥在多维多点激励下的结构响应显著增大,主梁的纵向位移增大了约2.3倍,①号塔顶的纵向位移和塔底横向弯矩分别增大了约2.2和2.3倍;仅考虑一致地震激励不能保证大跨度斜拉桥的结构安全;考虑行波效应时斜拉桥的地震响应减小,相干效应较小可忽略,软场地条件下结构的地震响应更大.      

倾斜岩面场地的桥梁地震分析

对某一大跨度桥梁桥址处地质、地形等局部场地进行模拟及地震反应分析,得出桥梁各个支撑处的地震动参数,再对桥梁进行多点激励地震反应分析,并将结果与一致地震动作用下的桥梁地震响应对比分析。考虑局部场地效应的多点激励作用与一致激励作用下得出的桥梁地震响应有较大差异,并对倾斜岩面场地处的桥梁抗震设计提出一些建议。     

基于随机振动法的大跨度双塔斜拉桥地震响应分析

为研究大跨度双塔斜拉桥在随机振动下的动力响应,利用通用有限元软件ANSYS建立了某大跨径双塔斜拉桥的三维有限元模型,基于随机振动理论研究了该斜拉桥在一致激励下的地震响应,同时分析了局部地震效应对结构随机地震的影响,研究结果表明：三维激励下结构的地震响应一般较一维输入稍大,且其并非一维激励下地震响应的数值叠加;三维激励下结构的响应更加全面,为使结构更好地满足抗震要求,应着重考虑三维激励下结构的地震响应;对比在一致激励下的随机地震响应,考虑局部场地效应后,结构地震响应变化较大,且均呈增大趋势,其中主梁位移均方差和主塔顺桥向弯矩均方根增幅分别达到了26%和30%;对于大跨度斜拉桥,局部场地效应对斜拉桥随机地震响应的影响巨大。     

非一致地震激励下列车-轨道-桥梁耦合振动模型

为探讨行波效应对地震作用下高速铁路桥上列车行车安全性的影响,基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论,采用35个自由度的机车车辆模型、板式无砟轨道模型和桥梁有限元模型,通过引入地震多点激励模式,建立了非一致地震激励下的列车-轨道-桥梁耦合振动模型,并编制了相应的仿真分析程序.以跨度32 m的简支梁桥为例,输入El Centro地震波,计算了一致激励和行波激励下车桥系统的动力响应.结果表明:行波效应对耦合系统动力响应幅值的影响很大.当车速为350 km/h、行波速度为300 m/s时的脱轨系数、轮重减载率和轮轨横向力比一致激励分别降低84.1%、19.5%和87.8%.因此,忽略行波效应可能造成对地震时桥上列车行车安全的误判.      

大跨度连续梁拱桥多点多维地震响应分析

为研究多点多维地震动作用下大跨度连续梁拱桥的动力响应,以我国南方某主跨为139 m的钢管混凝土连续梁拱桥为研究对象,基于有限元软件OpenSEES建立桥梁的三维有限元分析模型,人工合成空间非一致地震动,探究地震动的失相干程度、场地条件及行波波速对桥梁动力响应的影响. 研究结果表明:地震波的空间变异性效应会对连续梁拱桥的地震响应产生明显影响,仅考虑一致地震动激励会高估桥梁结构的地震响应;场地效应对桥梁地震响应的影响规律最为突出,随着支撑点处的场地越来越松软,桥梁各个部位的内力及位移响应均大幅增加;地震动的失相干效应越明显,桥梁拱肋的内力越大,位移越小;行波效应对桥梁结构的地震反应没有较为明确的影响规律,但不可忽略其作用,仅考虑行波效应会严重低估下部结构的地震响应;在大跨度桥梁结构的地震响应分析中,应着重考虑地震动的空间变异性效应,并且准确衡量各因素的作用.      

非一致激励下自锚式悬索桥的非线性地震反应分析

采用人工生成的地震波,考虑多点激励、行波效应以及结构的几何非线性因素的影响,对混凝土自锚式悬索桥在纵向地震波输入下进行了地震响应研究.分析比较了多点线性一致激励、多点非线性一致激励以及多点非一致激励下主梁、主塔、边墩等控制截面的内力和位移响应时程结果,并对其影响规律进行详细讨论.由于时域分析采用精细逐步积分格式,使计算结果更加精确.     

三塔斜拉桥多点激励地震反应特性分析

以某空间框架式索塔3塔连续梁支承体系斜拉桥为例,采用多点时程反应分析方法研究了纵向和横向多点激励（仅考虑行波效应）对该类型桥梁地震响应的影响。研究结果表明：纵向多点地震激励下,行波效应对3塔斜拉桥中塔受力影响较小,边塔较大;同样,行波效应对两中跨主梁影响相对较小,两边跨则较大。横向多点地震激励下,无论是对于3塔斜拉桥中塔还是边塔,行波效应对于主塔受力是有利的,随着行波波速的降低,主塔响应呈下降趋势,对主梁来说,则可能放大主梁地震响应;存在一个最不利行波波速,在该行波波速下,结构响应取最大值。     

波流与地震共同作用下深水桥墩动力响应分析

为了揭示深水环境中波流与地震共同作用下桥梁下部结构与水耦合作用机理,基于非线性Morison方程,建立了波浪、水流和地震联合作用下结构动力学方程,通过有限元离散,计算了某深水桩-承台-桥墩结构体系的动力响应,并分析了不同波流要素对该结构体系动力反应的影响.研究结果表明:波流与地震之间存在相互影响,波流对地震响应的影响范围为-31.6%~63.5%,这种影响不仅改变地震响应幅值本身,而且改变幅值出现的时刻,还将使得波流、地震联合作用下流场激励频率介于纯波流场激励频率和地震激励频率之间,因此有必要进行波流与地震的联合作用分析;当波流作用在承台及以上位置时,桥墩的动力响应显著增大,在实际工程建设中须引起重视,有必要选用承台高出水面的高桩承台.      

广东金马大桥三维地震时程反应研究

广东金马大桥主桥为双索面混凝土独塔斜拉桥与T形刚构的协作体系,其独特结构体系的成功实施引起了工程界的巨大关注.文中采用4组人工生成的地震波,考虑多点激励、行波效应以及结构的几何非线性因素的影响,在竖向、纵向和横向地震波输入下,对金马大桥进行了地震响应研究,分析比较了多点线性一致激励、多点非线性一致激励以及多点行波效应输入情况下主梁、主塔、边墩等控制截面的内力和位移响应时程结果,并对其影响规律进行讨论.由于时域分析采用精细逐步积分格式,使计算结果更加精确.     

非平稳地震作用下高墩桥梁体间隙需求分析

为了研究非平稳地震作用下高墩桥梁体防撞间隙需求,基于随机振动理论及虚拟激励法,对不同烈度下场地条件对非平稳间隙需求的影响进行了分析. 首先,建立了非平稳地震作用下相邻梁体相对位移需求与烈度间的数学关系;其次,基于理论计算的梁体间最大相对位移,确定碰撞间隙宽度需求以达到防止梁体间发生碰撞的目的;最后,以某大跨度连续刚构-连续梁体系为实际工程算例,研究了非平稳地震作用下桥梁结构在一致场地和非一致场地（实际场地）条件下的碰撞间隙需求量,且获得了不同烈度下非平稳碰撞间隙需求谱. 研究结果表明:非平稳地震作用下,硬土场地条件时,相对位移时变均方差的峰值最小,实际场地条件最大,约为硬土场地的4倍;实际场地条件的各烈度下非平稳碰撞间隙宽度需求均值比软土场地、中土场地和硬土场地分别大36%、69%和73%,均方差分别大45%、74%和78%;平稳地震激励比非平稳地震激励时碰撞间隙需求量大20%～30%.      

多分量多点平稳随机地震响应的快速算法

为了解决多分量多点激励作用下大跨度桥梁平稳随机响应的计算问题,在单分量虚拟激励法的基础上,提出了多分量多点地震激励下计算大跨度桥梁平稳随机响应的虚拟激励法.理论证明,该法具有与经典随机振动理论精确解相同的精度,而计算速度比经典随机振动理论快10倍,且可方便地计入行波效应或部分相干效应.     

暗挖海底隧道地震动水压力响应分析

考虑黏弹性人工边界与流固耦合作用,建立了衬砌结构一土一海水相互作用的力学模型,基于Newmark算法,利用ANSYS有限元软件分析了在不同地震激励和埋深条件下动水压力的影响机理与隧道衬砌的振动响应规律．计算结果表明：在含有竖向分量的地震激励下,动水压力对浅埋海底隧道的内力影响较大,分析时不容忽视;当隧道埋深超过一定值后,结构地震反应变化微小可忽略．同时,针对圆形海底隧道进行的有限元计算结果可为海底隧道的工程抗震设计提供参考．     

大跨度上承式钢管砼拱桥的地震响应分析

研究大跨度上承式钢管砼拱桥在地震激励作用下的响应特性.对比了中、上承式钢管砼拱桥的自振特性,采用时程分析法分析了纵向、竖向、横向激励作用下,上承式钢桁拱桥的响应特性,讨论了多点激励对上承式钢管砼拱桥地震响应的影响,并与中承式钢管砼拱桥的地震响应特性进行了对比分析.     

大跨度上承式钢管砼拱桥的地震响应分析

研究大跨度上承式钢管砼拱桥在地震激励作用下的响应特性.对比了中、上承式钢管砼拱桥的自振特性,采用时程分析法分析了纵向、竖向、横向激励作用下,上承式钢桁拱桥的响应特性,讨论了多点激励对上承式钢管砼拱桥地震响应的影响,并与中承式钢管砼拱桥的地震响应特性进行了对比分析.     

地震空间变化性对高墩铁路桥碰撞响应的影响

为了研究不同地震动参数对高墩铁路桥碰撞的影响,以一座典型高墩铁路桥为例,基于OpenSees平台采用弹塑性动力时程分析方法对其在一致激励及多点激励下的碰撞响应进行了理论分析.首先,采用Hertz-damp模型充分考虑了结构在碰撞过程中的能量耗散和刚度变化;其次,依据中国桥梁抗震规范并基于"谱兼容"的方法选取了符合不同场地条件的天然地震记录;最后,在此基础上完成了考虑行波效应和场地效应的高墩桥碰撞响应对比分析.研究结果表明:地震动的空间变化性不但会对桥梁结构的内力产生显著影响,还会增大结构的振幅或加剧相邻结构之间的不同步振动,从而显著增大碰撞发生的概率和碰撞力的大小,在桥梁的抗震设计中应考虑其对桥梁结构碰撞产生的影响,否则会错误的估计结构的响应;行波效应会改变地震动的相位角,对梁-梁处的碰撞影响更为显著,特别是视波速较小时,而场地效应会增大地震动的幅值,对梁-桥台处的碰撞影响更为显著,在进行防撞减撞设计时不但要考虑地震动的空间效应,还应充分考虑导致结构不同部位发生碰撞的主要因素,以便采取合适的减撞措施和设计方法.      

水下悬浮管道地震响应分析

水下悬浮管道的动力性能,与陆地结构有较大的区别.应用流固耦合数值分析方法和ANSYS软件,建立了地震作用下水中悬浮管道分析模型,采用El Centro地震波,对地震加速度峰值分别为0.5,1,2,4m/s2 4种情况下的响应进行了计算,并通过与无水情况下的计算结果进行比较,分析了地震强度等因素对结构动力响应的影响,探讨了地震作用下水下悬浮管道地震响应规律.结果发现,在有水和无水2种情况下,结构地震响应的峰值在不同时刻发生.在大部分时间内,考虑水作用时的地震响应均大于不考虑水作用时的地震响应,且这种差别随着地震强度的增加而增大.     

连续刚构桥行波效应分析

以采用MIDAS建立一座5跨连续刚构桥的有限元计算模型,分析其动力特性以及考虑行波效应下的地震响应,并对比了一致激励下的地震响应结果。     

脉冲型地震动对CFST拱桥抗震性能的影响分析

为了研究脉冲型地震作用下钢管混凝土拱桥的抗震性能,以一座钢管混凝土拱桥的实际工程为例,采用时程分析方法系统分析了其在非脉冲和脉冲型地震作用下的抗震性能. 首先,基于PEER地震衰减模型并采用谱兼容的方法选取了符合不同场地条件且具有不同脉冲周期的天然地震记录;其次,在综合考虑有无脉冲、脉冲周期以及地震动多维性的基础上,对钢管混凝土拱桥的抗震性能进行了对比分析. 研究结果表明:脉冲型地震动会对结构响应产生较为明显的影响,脉冲效应对结构响应的放大作用在0.96～19.88倍之间,桥梁修建处的场地条件越好放大作用越明显;脉冲周期的不同也会对结构响应产生不可忽略的影响,结构响应的改变率在10～133%之间,脉冲周期越小脉冲效应对结构响应的放大作用就越明显;与非脉冲型地震动相比,地震动多维性对脉冲型地震作用下的结构响应影响较小,但随着脉冲周期的减小,地震动多维性对结构响应的影响变大. 因此,在对断层附近的钢管混凝土拱桥进行抗震设计时不但要考虑有无脉冲的影响,还需要考虑脉冲周期、地震动多维性以及桥梁修建处场地条件的影响,以免错误地估计结构响应.      

柔性接头地铁隧道穿越地裂缝的地震响应

采用振动台模型试验,模拟地震荷载和地裂缝场地沉降,分析了穿越地裂缝区域且设置柔性接头的分段地铁隧道的动力响应,研究了地裂缝场地沉降、裂缝发育特征、地铁隧道加速度响应特征、土压力与隧道各区段不同部位的应变规律。分析结果表明:由地裂缝场地沉降与地震荷载耦合作用所产生的差异沉降和裂缝多集中于柔性接头部位;各区段地铁隧道间的运动具有一定独立性,上盘靠近地裂缝的地铁隧道的加速度峰值是下盘隧道的3.2倍;距离地裂缝越近土压力越大,且在耦合荷载作用下,上盘土压力是下盘土压力的6.7倍;地铁隧道各区段左右拱腰应变较大,底板处应变次之,拱顶部位应变较小;柔性接头设置后各区段应变增率减小,在距离地裂缝较近部位未出现明显的应变增加现象。可见,在地震荷载与地裂缝场地沉降耦合作用下,柔性接头能够减小地铁隧道地裂缝位置处的集中应力与地裂缝场地的变形。     

地震作用下列车-桥梁空间耦合系统动力响应分析

为了探究地震对高速列车和桥梁的影响,建立车辆-桥梁空间耦合系统模型。将规格化的地震波作为激励,同时考虑轨道随机不平顺的影响。采用新型显式积分法求解系统方程。分析不同烈度地震作用下车桥耦合系统的动力响应。数值结果表明,地震烈度在桥梁的抗震设防烈度范围内时,桥梁的振动加速度和挠度响应均符合规范的限值要求。车辆运行平稳性的Sperling指标相对加速度指标较为宽松,当地震烈度为7度及以上时,车辆已不能平稳地运行于桥梁之上。在相对较弱的地震作用下,轨道随机不平顺对桥梁的垂向加速度响应影响明显,不应忽略。