基于水平双向作用耦合曲线梁桥地震响应分析

以深圳市某互通立交匝道桥工程为背景,针对曲线梁桥地震响应的复杂性,运用大型结构分析程序Midas/Civil建立空间有限元模型,采用动态时程法对其进行地震响应分析,研究水平地震动单向输入、双向输入时墩梁固结曲线梁桥的地震响应差异,提出墩梁固结曲线梁桥抗震设计要点.     

带纵坡曲线梁桥地震响应试验研究

为了研究带纵坡的曲线梁桥在地震作用下的动力响应特性,以某匝道桥为原型,设计制作几何相似比1∶10的缩尺模型进行振动台试验,分别沿X向、Y向和X+Y向输入地震动,分析水平地震作用下曲线梁桥的地震响应。结果表明:地震波X向输入使主梁产生平动兼有转动,在平面内产生弯曲,Y向输入时,主梁的转动效应较小;高墩对桥墩位移具有一定的放大作用,桥墩位移响应与地震波输入方向之间的角度越小,桥墩位移越显著,固定墩在地震波双向输入时更加不利;支座位移与地震波输入方向之间的角度越小,支座位移越大;地震波X向输入时,低墩处容易产生落梁、高墩处主梁容易与桥台挡块碰撞,Y向输入时,高墩处容易产生落梁、低墩处主梁容易与桥台挡块碰撞。     

连续曲线梁桥横向抗震加固设计研究

为提升曲线梁桥横桥向抗震性能,以某座非规则的三跨连续曲线梁桥为例,建立考虑挡块横向限位性能退化下不同盖梁挡块间隙、强度的全桥弹塑性三维数字时程分析模型。结果表明,考虑横向盖梁挡块限位性能退化的曲线梁桥结构模型,其罕遇地震时更接近实际,主梁和挡块位移与变形响应更大,下部结构弯矩响应峰值减小;盖梁挡块强度越大,对主梁和支座的限位效果越明显,但同时对盖梁抗力性能需求也越高,下部结构响应也会增加;合理的挡块间隙能够协调发挥挡块和支座各自性能。     

混凝土弯斜梁桥双向规则性参数判别和抗震近似计算方法

从抗震设计反应谱理论角度,通过改变地震动的输入方向,引入抗侧力桥墩的相对墩底剪力比参数来判别混凝土弯斜梁桥的横桥向和纵桥向规则性,探讨了圆心角、曲线半径、跨径、跨宽比和跨高比等结构参数变化对混凝土曲线梁桥双向规则性地震行为的影响规律,以及斜交角、跨径、跨宽比和支承刚度等主要结构参数变化对混凝土斜交箱梁桥双向规则性地震行为的影响规律,由此建立了混凝土曲线梁桥和斜交箱梁桥双向规则性参数化的划分标准。并通过回归分析,提出了E1水平地震作用下适用于严格规则和近似规则混凝土弯斜梁桥地震力的近似计算方法。算例验证表明,抗震近似计算方法结果具有较高的精度。     

混凝土曲线梁桥双向规则性判别参数影响分析探讨

为给我国桥梁抗震设计规范的修订提供参考资料,从抗震设计反应谱理论角度,通过改变地震动的输入方向,引入抗侧力桥墩的“相对墩底剪力比”参数来判别混凝土曲线梁桥的双向规则性,探讨了圆心角、曲线半径、跨径、跨宽比和跨高比等结构参数变化对混凝土曲线梁桥横桥向和纵桥向规则性地震行为的影响规律.研究表明:圆心角是影响混凝土曲线梁桥双向规则性的主要因素,而跨径、跨宽比和跨高比等参数的影响可以忽略,曲线半径不应作为定义规则曲线梁桥的参数;曲线梁桥当满足单跨圆心角φ小于35°,且多跨一联累计圆心角φ小于55°时具有双向规则性,规则曲线梁桥的地震力可比拟为等参的直线桥进行简化抗震计算,计算结果偏于保守.     

考虑碰撞效应的混凝土连续梁桥纵向挡块参数分析研究

以中小跨度典型梁式桥为工程背景,利用有限元软件建立桥梁结构的多尺度模型,基于接触单元理论,提出能考虑碰撞过程中能量消耗的碰撞模型,考虑地震作用下桥梁结构梁体与纵桥向限位挡块间的碰撞效应,对比分析是否设置挡块,以及墩高、碰撞刚度、碰撞阻尼等对桥梁结构地震响应的影响。结果表明:设置纵向挡块之后,过渡墩的墩底剪力和墩顶位移有所增加,但墩梁相对位移大幅度降低,可很好地防止纵向落梁震害的发生;碰撞刚度的增大,会增大墩底剪力和墩顶位移,减小主梁位移和墩顶相对位移,对于与本文分析类似规模的桥梁,建议纵向挡块的碰撞刚度取10~8N/m较合适;纵向挡块的碰撞阻尼对桥梁的地震响应影响相对较小,在设计时可不予特别考虑。     

简支桥梁抗震挡块参数优化研究

本文在前人对刚体碰撞模型所作分析的基础上,以简支梁桥为研究对象,建立了考虑横向碰撞的简化模型。通过量化挡块碰撞刚度、初始间隙对简支梁桥地震碰撞响应的影响,探讨了桥梁抗震挡块的抗震效果,得出简支梁桥抗震挡块的最优参数,供梁桥抗震设计及规范修编参考。     

曲线连续梁桥的磁流变阻尼器减震控制

建立双支承曲线连续梁桥的空间有限元模型和减震控制动力仿真模型,根据连续梁桥的支座布置在各活动支座的切向设置8组磁流变阻尼器,在纵桥向输入3种不同频谱特点的地震动,计算分析了曲线连续梁桥地震反应主动控制、半主动控制和被动控制方法的减震效果.结果表明,磁流变阻尼器能够有效地减小曲线梁桥的主梁切向位移和固定墩墩底的弯矩与扭矩...     

不同约束体系对双层曲线梁桥地震响应的影响

双层曲线梁桥可以在较短距离内实现较大的爬高,由于特殊的结构形式使其地震响应有别于规则桥梁,而支座和限位装置组成的约束体系是影响桥梁结构地震响应的关键。为得到双层曲线梁桥的合理约束体系,基于一座双层曲线梁桥建立有限元模型,进行地震作用下的动力分析,对比球型钢支座、板式橡胶支座和盆式支座的位移和桥墩截面曲率,并将剪力销作为双层曲线梁桥的限位装置,研究剪力销与不同支座组成的约束体系对双层曲线梁桥结构地震响应的影响。结果表明:在地震作用下,双层曲线梁桥的上层支座位移普遍大于下层,双层约束体系使得桥墩中部的截面曲率和延性要比墩顶和墩底的小;球型钢支座的支座位移较小,传递到桥墩的地震力较大,设置剪力销后支座位移减小,桥墩损伤未发生明显变化;板式橡胶支座的支座位移较大,在地震动强度较小时就发生滑动,支座滑移可耗散能量使桥墩的损伤程度降低,但与剪力销组合后支座位移受到限制,传递到桥墩的地震力成倍增加,桥墩损伤最为严重;盆式支座的支座位移较小且上下层位移值最为接近,传递到桥墩的地震力较为均匀,在一定程度上保护了桥墩,考虑剪力销后,支座变形减小到允许范围之内,桥墩损伤略有增加。因此,本研究认为盆式支座与剪力销的组合是该双层曲线梁桥的合理约束体系。     

近断层多脉冲地震动作用下斜拉桥地震响应特征分析

为确定近断层多脉冲地震动的水平最强能量方向对大跨斜拉桥地震响应的影响,以港珠澳大桥青州航道桥(主跨458m双塔双索面钢箱梁斜拉桥)为背景,采用LS-DYNA程序建立全桥有限元模型,将利用多脉冲小波分析方法提取的地震动(PS类,对应水平脉冲能量最大方向上的地震动)和相应的原始记录地震动(RS类,对应地震动2个水平分量中峰值加速度较大的分量)分别沿顺桥向输入,分析桥塔、桥墩、斜拉索的位移和内力响应特征。结果表明:PS类地震动作用下,该桥塔顶纵向位移和墩顶纵向位移特征值比RS类地震动作用下分别提高35%、23.53%,塔底横向弯矩、墩底横向弯矩、墩底纵向剪力特征值比RS类地震动作用下分别增大6.92%、5.79%、14.16%;2类地震动作用下,塔底纵向剪力和斜拉索索力特征值相差不大。     

大跨连续刚构桥施工阶段地震响应分析

为了研究大跨度连续刚构桥施工阶段桩-土效应对地震响应的影响,以赤水河大桥为例建立考虑桩-土效应和不考虑桩-土效应的两种MIDAS有限元模型,分别采用响应谱法和动态时程分析法对施工过程中最大悬臂端进行地震响应分析,通过对最大悬臂端位移、加速度及墩梁刚接处和墩底的弯矩、剪力的对比分析,得知考虑桩-土效应时,桥梁整体刚度下降,结构变柔,桩-土效应影响桥梁的某种动力特性;桥梁最大悬臂端位移、加速度及墩梁刚接处和墩底弯矩、剪力随着激励方向不同产生不同的变化。     

地震动输入方向对铁路部分斜拉桥地震响应的影响

为研究竖向地震动分量对部分斜拉桥地震响应的影响及最不利地震动输入方向,以某跨度为(144+288+144)m的铁路部分斜拉桥为背景进行分析。采用MIDAS Civil建立全桥弹塑性有限元模型,采用Clough模型模拟塑性铰,由非线性动态时程法分析竖向地震动及水平地震动输入方向对部分斜拉桥弹塑性地震响应的影响。结果表明:考虑竖向地震动后桥墩屈服时刻提前;墩顶最大位移增大,墩底弯矩减小、轴力增大。三向地震动Ex+Ey+Ez和0.3Ex+0.3Ey+Ez两组合工况下,地震动最不利水平输入方向均为140°;El-Centro波作用时,两组合工况的最不利方向下,9号、10号墩福州和平潭两侧墩身的非线性位移延性比均增大,最大值达到3.38,不利于延性抗震。地震反应分析应当考虑竖向地震动、水平地震波最不利输入方向的影响。     

不同支座形式对临猗黄河大桥地震响应影响研究

以临猗黄河大桥主桥(112+14×128) m+(14×128+120) m高墩长联组合梁桥为背景,研究不同支座形式对高墩长联组合梁桥地震响应的影响。建立该桥有限元模型,考虑支座在强地震动作用下发生的滑动特性,采用非线性动力时程分析方法对摩擦摆支座和球型支座约束条件下桥梁的地震响应进行分析及损伤评价,从而提出合理的支座约束形式。结果表明:高墩长联桥梁中矮墩支座地震响应对地震动强度增长较为敏感,在桥梁抗震设计中应关注矮墩支座的地震响应;纵向支座位移响应大于横向支座位移响应,纵向墩底弯矩响应小于横向墩底弯矩响应;2种支座约束下的桥梁地震响应均满足两水准两阶段的抗震设防要求,只考虑支座位移响应峰值而不考虑支座自复位等属性时,球型支座更能有效降低高墩长联组合梁桥地震响应。     

匝道桥地震响应影响要素分析

为探求匝道桥几何非规则性对结构地震响应的影响规律,基于嘉闵线匝道桥,采用SAP 2000软件建立结构有限元分析模型,分析不同跨径组合、纵坡、曲率半径和地震动输入方向下的匝道桥地震响应。结果表明:与简支梁桥相比,多跨连续梁桥顺桥向固定墩、横桥向矮墩和过渡墩的响应均变大;纵坡大小对桥梁纵向地震响应影响轻微,但在横桥向设置大纵坡可减小高墩区墩柱的地震响应;小曲率半径下采用切向或法向输入与地震动最不利输入方向存在角度偏差,会低估结构地震响应,大曲率半径下其地震响应与直线桥基本一致,可简化为直线桥进行分析。     

桥梁分级减震支座抗震性能分析

基于小震"硬抗",大震"减震耗能+协同抗震"为核心提出分级减震理念,并开发了分级减震支座,对其力学参数与性能进行理论分析与试验研究。以某大跨连续梁桥为例,采用抗震支座、分级减震支座、摩擦摆减隔震支座3种方案对减震性能进行对比分析,结果表明,在E2地震作用下,采用分级减震支座方案墩底轴力响应最小,且相比于抗震支座方案可大幅降低固定墩墩底剪力及弯矩,相比于摩擦摆减隔震支座方案墩底剪力及弯矩均有一定的减小,表现出了较好的减震效果。     

城市高架桥梁非线性地震碰撞反应分析

地震时城市高架桥梁易发生碰撞反应而引发灾害。采用时程分析法,对简支隔震梁桥、连续隔震梁桥、非隔震简支梁桥及非隔震连续梁桥的碰撞反应进行r参数分析。主要参数包括：间隙大小、支座特性、桥墩非线性及土基础相互作用。分析得出以下结论：简支梁桥的碰撞反应主要是由于桥台约束产生的,连续梁桥的碰撞反应主要是由邻联动特性差异造成的。相同条件下,隔震梁桥的最大撞击力高于非隔震梁桥,连续梁桥的最大撞击力高于简支梁桥的最大撞击力。增大间隙能有效减小碰撞反应强度。对于隔震梁桥,增大隔震支座屈服力会减小碰撞反应强度,但同时会增大墩底弯矩。考虑桥墩非线性或土基础相互作用时简支梁桥与连续梁桥的最大撞击力均比不考虑时大,墩底弯矩均比不考虑时小。     

高烈度区非规则连续T梁桥抗震设计研究

结合我国现行公路桥梁抗震设计规范,使用大型通用有限元程序ANSYS,对高烈度地震区一座4跨非规则连续T梁桥分别设置板式橡胶支座和铅芯橡胶支座方案,采用非线性时程分析方法计算结构在E2地震作用下的地震响应,对比分析减隔震与非减隔震方案的桥梁地震响应,并进行桥墩抗震性能验算,总结了铅芯橡胶支座对非规则连续T梁桥的减隔震效果,为同类桥梁的减隔震设计提供参考。     

自锚式悬索桥地震响应分析

为了研究自锚式悬索桥的地震响应规律,首先根据桥址场地特征确定目标反应谱;其次基于傅里叶变换和小波函数法得到与目标谱一致的人工合成地震动;最后将人工合成地震动作为悬索桥有限元模型中地震动输入,基于非线性有限元软件SAP2000进行非线性动力时程响应分析.结果 表明:桥塔塔底的弯矩和剪力响应大小与相邻跨的桥墩数量相关,桥墩数越多,桥塔的弯矩和剪力越大(增幅超5％);不同桥塔顶部位移响应规律相似,但极值处的大小和相邻跨的桥墩数相关.相邻桥墩数量多的1号塔位移最大值比2号塔的位移最大值小0.44％.即塔桥相邻的桥墩数量越多,其内力响应越大,位移响应越小.使用的优化人工地震波对应的反应谱与设计反应谱的最大误差为9％.此研究结论可为大跨度悬索桥的抗震设计提供参考.     

考虑碰撞效应的连续梁桥横向混凝土挡块设计

为给横向混凝土挡块的设计提供明确的依据和参考,以Kelvin模型和Hertz模型为基础,考虑梁体和挡块质量以及二者在碰撞前相对速度的影响,根据动能定理和动量守恒,提出碰撞刚度的计算方法;在此基础上考虑地震作用下主梁与横向挡块间的碰撞效应,分析挡块的初始间隙、高度、厚度等设计参数对墩身、盖梁及挡块自身受力的影响规律。以在满足挡块对墩梁相对位移限制作用的同时,尽可能控制墩身剪力为挡块的设计原则,给出了挡块主要设计参数的建议取值。研究结果表明:设置横向挡块能有效防止落梁震害的发生;随着挡块间隙的逐渐变大,墩身的剪力总体呈减小趋势,碰撞效应减弱;过渡墩的支座滑移距离随挡块初始间隙的增大而增大;挡块厚度和高度对墩底剪力的影响均较小,但对盖梁应力的影响较大,盖梁应力随着挡块厚度的增加而减小,随着挡块高度的增加而增加,当挡块高度达到一定数值时,盖梁的最大拉应力可能超过其最大抵抗应力而破坏;挡块与主梁的初始间隙以0.06m左右为宜,挡块高度可在0.55~0.65m取值,挡块厚度在0.48~0.58m内取值,根据以上参数设置的混凝土挡块,碰撞时最大拉应力可能超过混凝土的抗拉强度而开裂,但受压区混凝土不发生破坏,钢筋的应力亦不超过钢筋的屈服强度,满足挡块承载力的设计要求。     

风浪荷载共同作用下大跨度刚构桥动力响应规律研究

风浪作用在结构上会对结构产生动力作用,从而影响到结构的内力及响应。为研究风浪作用下大跨度连续刚构桥的动力响应规律,利用通用有限元软件ANSYS建立了刚构桥的有限元模型,并以经典理论为基础,在风浪耦合关系的基础上建立了风场和波浪场的数值模型,此数值模型在抖振力响应的基础上考虑了波浪对风场的影响。对大跨度刚构桥在风浪荷载共同作用下的动力响应结果进行了分析。研究结果发现:对比风荷载、波浪荷载单独作用及风浪荷载共同作用下桥梁不同位置的横向位移响应结果,墩顶位移相对增幅要大于跨中位移相对增幅,波浪荷载作用对桥梁横向位移响应的影响从桥墩到跨中依次减小;对比风荷载、波浪荷载及风浪荷载共同作用下桥梁墩底剪力及墩底弯矩响应结果,波浪荷载作用对墩底横向剪力、墩底纵向剪力、墩底绕横桥向弯矩和绕纵桥向弯矩均有明显影响,波浪荷载作用对墩底剪力的影响很大,对墩底弯矩的影响较大;风浪荷载共同作用并不是风荷载、波浪荷载单独作用下响应的简单叠加,波浪形成时会对风场产生影响,除了随机湍流风速以外,波浪会引起与波浪同步的上方气流速度变化,在风浪场中的风速模拟时,需要考虑波浪对上部气流的影响,因此对横向位移响应影响较大的主要作用为风荷载作用,但并不意味着可以忽略波浪荷载的作用。