考虑碰撞效应的双柱式高墩桥梁非线性地震反应特性研究

以西南山区线路中常用的双柱式高墩桥梁为研究对象,建立典型桥跨结构的空间动力分析模型,采用非线性动力时程分析方法,详细研究了考虑地震碰撞效应时桥梁结构的地震响应特性,并探讨了接触单元刚度取值、间隙宽度、桥台刚度以及支座滑动性能等非线性边界条件的影响。结果表明:梁间碰撞作用主要发生在近桥台伸缩缝处,碰撞作用减小桥墩的地震响应,同时在梁体中产生较大的短时加速度脉冲效应;考虑桥台的纵向约束作用将使得梁间碰撞效应增强;对于通常设计采用的间隙宽度范围,强震作用时碰撞现象会不可避免地发生;支座滑动性能对桥墩的地震响应起到隔震的作用,考虑支座滑动性能后梁间碰撞次数减少;各种非线性边界条件因素的综合作用使得桥跨结构的地震响应变得较为复杂,为获得结构真实响应结果应该合理考虑这些因素的影响。     

钢管混凝土组合截面的刚度取值研究

钢管混凝土组合截面刚度取值,对钢管混凝土拱桥内力和变形有较大影响。针对组合截面刚度取值对桥梁结构内力和变形的影响进行理论分析,并结合工程实例表明了组合截面刚度折减的必要性。     

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。     

地震作用下连续梁桥伸缩缝处单边碰撞效应研究

为研究多维地震作用下连续梁桥伸缩缝处的碰撞效应,基于接触单元法中Kelvin碰撞模型,利用Ansys建立了全桥有限元分析模型,并将EI地震波分为单向地震、双向地震、考虑扭转分量的多维地震3种不同工况,对比分析了3种地震作用工况下的连续梁桥伸缩缝处单边碰撞效应对梁体位移、墩顶位移及梁体应力的影响。研究结果表明:3种不同工况地震波作用下,考虑扭转分量的地震波作用工况下碰撞效应对桥梁结构的影响尤为显著,且碰撞效应对梁体各跨跨中的压应力影响非常明显,碰撞效应下桥梁跨中最大压应力结果为不考虑碰撞效应结果的7.8倍。     

大跨度连续刚构桥地震碰撞效应研究

针对地震作用下的桥梁结构伸缩缝处的碰撞现象,基于刚体碰撞分析理论,采用间隙单元模拟碰撞作用,建立了大跨度连续刚构桥在安评波作用下的有限元模型,分析表明:该桥在地震作用下,桥墩的塑性变形降低了结构内力反应,但增大了结构位移,增强了碰撞效应;桥梁碰撞力相当大,最大达到原结构的10.9倍,易导致梁端混凝土受压破坏;该文分析方法可为同类型分析提供参考。     

考虑轨道约束的高速铁路简支梁碰撞效应研究

为研究轨道结构对简支梁桥碰撞效应的影响规律,以沪昆线上某4-32m简支箱梁为例,采用大质量法分析地震动的行波效应,用Kelvin单元分析桥梁碰撞,用非线性杆单元模拟梁轨接触,建立了考虑滑动支座摩阻力、桥墩弯矩曲率非线性和桩土共同作用的梁轨系统动力有限元模型,分析了一致激励和行波效应下考虑轨道约束的高速铁路简支梁桥碰撞效应,并对梁缝宽度、线路纵向阻力等设计参数进行了敏感性分析。结果表明:轨道结构对桥梁纵向位移起到了约束作用,可减弱甚至消除梁体间的碰撞效应;适当增加梁缝宽度,可大幅度减小梁体碰撞次数和撞击力;线路纵向阻力减弱时(如采用小阻力扣件时),梁体间的碰撞效应增强。     

基于ANSYS模拟桥梁支座的弹簧单元刚度系数率定与振动台试验验证

支座刚度系数的取值对桥梁结构的动力响应有较大影响,选取合理的刚度系数可以优化桥梁的抗震性能。通过大型有限元软件ANSYS使用Combine14弹簧单元来模拟桥梁支座,选取0.1倍,1倍,10倍,20倍,50倍,100倍,200倍的初始法向刚度和切向刚度,通过数值计算所得的加速度、位移及应变峰值与振动台试验实测值的对比来进行取值率定。结果表明,当取100倍的初始刚度系数时为较合理取值。通过增大地震动峰值加速度将数值模拟值与试验实测值进行误差比较,误差都在5%左右,验证了弹簧单元刚度系数率定的准确性。率定及验证过程可为类似工程的刚度系数计算提供参考。     

桥梁结构地震碰撞效应及防落梁措施研究现状

介绍了桥梁结构地震碰撞效应及防落梁措施方面的一些近期进展。在介绍了接触碰撞问题的计算理论及分析方法的基础上,对地震作用下相邻桥梁结构间碰撞效应的理论以及试验研究进展进行了回顾和总结;并针对地震中桥梁上部结构发生落梁的问题,介绍了减轻相邻梁体间碰撞的措施、桥梁伸缩缝处的支承宽度、纵向限位器的设计方法、横向抗震挡块的设计方法等研究方面的进展,分析了各国抗震设计规范对桥梁伸缩缝处支承宽度的规定,同时指出目前我国在这方面研究的欠缺。     

考虑双向碰撞的斜交桥抗震性能分析

地震作用下,采用板式橡胶支座的斜交桥易产生滑移,导致主梁发生较大的位移,并与桥台和横桥向挡块发生碰撞。为分析公路斜交桥碰撞作用机理及其影响因素,对一座三跨连续斜交桥进行非线性时程分析,考虑了不同斜交角(取值0°～60°)和横向挡块间距等因素,分析了纵、横桥向不同碰撞模型及其设计参数对桥梁地震响应的影响。结果表明:斜交桥在纵、横桥向的碰撞作用是主梁发生转动的主要因素;该文采用的弹塑性碰撞模型能较好地反映斜交桥地震响应的不规则性;挡块间距的改变会增加桥台处不均匀碰撞现象,显著影响斜交桥碰撞效应,可通过选择合理挡块初始间距来降低地震损伤。     

采用折减刚度系数法计算简支体系地震中动态二阶效应

根据简支体系的受力特点,提出采用刚度折减法快速计算非线性动力分析中二阶效应的方法,通过解析法推导出考虑P-δ效应的Euler-Bernoulli梁刚度修正系数,且给出了Timoshenko梁的P-δ效应刚度修正系数。编制相应计算程序,将所得修正系数引入结构Pushover计算和直接积分的非线性动力时程计算,并将该法应用在实际桥梁抗震计算中。各种计算结果与采用增量迭代法的高精度实体单元结果进行了对比分析,结果表明,采折减刚度系数法能够有效、准确地计算结构动态二阶效应;Timoshenko理论中的二阶效应计算要比Euler-Bernoulli理论的更为准确;在地震作用下梁结构中二阶效应会被放大,必须考虑其对结构的影响。     

斜拉—自锚式悬索组合体系桥梁结构参数变化对活荷载效应影响分析

基于线性二阶理论和非线性理论对一座多塔斜拉—自锚式悬索组合体系桥梁的活载效应进行对比分析,来了解斜拉—自锚式悬索组合体系桥梁受力特征,并确定合理的活载计算分析方法。在活荷载作用下,通过考虑不同的主梁刚度、桥塔刚度及主缆刚度等结构参数,来分析研究结构主要部件的控制截面受力情况。分析结果表明,采用线性二阶和非线性理论,主跨160m的斜拉-自锚式悬索组合体系桥梁的活载效应计算误差在5%以内;主梁抗弯刚度、主缆刚度的变化对结构受力性能影响较大,主梁轴向刚度、副塔轴向刚度及主塔轴向刚度的变化对结构受力性能影响较小。     

三塔自锚式悬索桥中塔纵向抗弯刚度研究

为研究三塔自锚式悬索桥的索塔纵向刚度对结构整体受力的影响,首先,阐述了悬索桥的计算理论和增大悬索桥纵向刚度的方法,并对其中的增大中塔纵向抗弯刚度进行分析,通过建立全桥的分析模型,对某三塔自锚式悬索桥结构关键设计参数中的中边塔纵向抗弯刚度比分7种工况进行对比分析,得到了该桥中塔刚度对桥梁结构受力的影响规律,并给出了该桥中边塔刚度比的合理取值范围。结果表明:中塔纵向抗弯刚度的增加可以显著提高三塔自锚式悬索桥加劲梁的竖向刚度,而对两侧边塔的刚度影响不大;在活载作用下,中塔纵向抗弯刚度的增加使中塔的内部发生内力重分布;得出该桥的中边塔刚度比在1～1.5范围内较为合理,并给出了该桥中边塔刚度比的合理取值范围,为类似的工程建设提供参考。     

双层高架桥下层桥面与墩柱间的碰撞效应研究

为减轻双层高架桥的碰撞震害,保证桥梁在大震下不倒塌的设防目标,以某双层高架桥(3等跨连续梁桥)为背景,针对下层桥面与墩柱之间的横向碰撞问题,基于Kelvin接触单元建立了非线性分析模型,对比研究了碰撞刚度、初始间隙和恢复系数对桥梁地震响应的影响,提出采用高阻尼橡胶垫作为减碰对策,并对不同厚度橡胶垫的减碰效果进行了分析。研究表明:碰撞的最不利影响在于下横系梁及其节点;碰撞引起下横系梁节点剪力突变,导致节点破坏;碰撞刚度越大,下横系梁节点剪力突变越明显;初始间隙为2~8cm时,碰撞的不利影响最大;恢复系数的影响可忽略;高阻尼橡胶垫可有效地降低碰撞带来的不利影响,且橡胶垫越厚,效果越明显。综合考虑经济性和实用性,桥例采用5cm厚橡胶垫即可达到显著的减碰效果。     

地震作用下的桥梁碰撞分析改进求解方法

为了准确研究碰撞效应对桥梁造成的破坏以及对桥梁地震响应造成的影响,针对用于桥梁地震碰撞分析的接触单元模型提了一种改进求解方法.该方法把碰撞模型等效为一个弹簧一振子模型,由振子、弹簧和阻尼器构成.振子的运动过程代表碰撞的压缩和恢复过程.可以通过对运动方程的求解,得到相对压入量、相对压入速度、碰撞力、碰撞持续时间及其相互关...     

中国公路车-桥耦合振动车辆模型研究

为了提出适用于中国车-桥耦合振动分析的车辆动力分析模型,首先基于中国桥梁规范中的设计车辆荷载,结合大量调查统计数据和等效静力分析方法,初步拟定车辆动力分析模型的几何尺寸、质量、刚度、阻尼等参数取值,并与国内外广泛采用的几种车辆模型的参数取值进行对比。接着选取4座钢筋混凝土简支梁桥并建立其三维有限元模型,基于车-桥耦合振动数值模拟分析车辆模型的刚度、阻尼等参数对桥梁上动力冲击系数的影响,并对比几个不同车辆模型对动力冲击系数的影响。最后,选择中国湖南省境内一座实桥和几辆不同轴数的重车开展实桥试验,将实测动力冲击系数与所提车辆模型数值模拟获得的冲击系数进行对比。结果表明:动力冲击系数随车辆总质量的增大而减小,随车辆整体刚度的增大而增大,但随车辆整体阻尼的增大呈先减小后增大的趋势;单个车轴的刚度和阻尼对动力冲击系数的影响不明显;车辆总质量是导致不同车辆模型作用下动力冲击系数差异的主要因素;数值模拟结果与实测结果吻合良好,验证了所提车辆模型及参数取值的合理性;该车辆模型可用于中国的设计车辆荷载作用下桥梁的动力响应分析和相关研究,也可用于估算重量相当的不同类型车辆对桥梁的动力冲击效应。     

中国公路车-桥耦合振动车辆模型研究（双语出版）

为了提出适用于中国车-桥耦合振动分析的车辆动力分析模型,首先基于中国桥梁规范中的设计车辆荷载,结合大量调查统计数据和等效静力分析方法,初步拟定车辆动力分析模型的几何尺寸、质量、刚度、阻尼等参数取值,并与国内外广泛采用的几种车辆模型的参数取值进行对比。接着选取4座钢筋混凝土简支梁桥并建立其三维有限元模型,基于车-桥耦合振动数值模拟分析车辆模型的刚度、阻尼等参数对桥梁上动力冲击系数的影响,并对比几个不同车辆模型对动力冲击系数的影响。最后,选择中国湖南省境内一座实桥和几辆不同轴数的重车开展实桥试验,将实测动力冲击系数与所提车辆模型数值模拟获得的冲击系数进行对比。结果表明：动力冲击系数随车辆总质量的增大而减小,随车辆整体刚度的增大而增大,但随车辆整体阻尼的增大呈先减小后增大的趋势;单个车轴的刚度和阻尼对动力冲击系数的影响不明显;车辆总质量是导致不同车辆模型作用下动力冲击系数差异的主要因素;数值模拟结果与实测结果吻合良好,验证了所提车辆模型及参数取值的合理性;该车辆模型可用于中国的设计车辆荷载作用下桥梁的动力响应分析和相关研究,也可用于估算重量相当的不同类型车辆对桥梁的动力冲击效应。     

地震作用下考虑土-桥台-上部结构相互作用的大跨桥梁伸缩缝处碰撞效应研究

为了给大跨桥梁抗震设计提供参考,针对西部山区强地震带常见的高墩大跨桥梁,考虑土-桥台-上部结构相互作用以及支座的滑动效应,采用非线性时程法对地震作用下大跨桥梁伸缩缝处碰撞效应进行了研究。采用非线性弹簧模拟桩基-土体相互作用以及台背填土的弹塑性变形,采用双线性滞回模型模拟支座的滑动效应,并采用接触单元法模拟主、引桥梁体间以及引桥梁体-桥台背墙间的碰撞反应。研究结果表明:主、引桥梁体间以及引桥梁体-桥台背墙间若发生连锁碰撞效应,桥台背墙将会遭受较大的撞击力作用,过大撞击力使得台背纵向位移、台后填土塑性变形以及桥台桩基的地震响应显著增大,易引起引桥桥台破损、桩基断裂以及引桥梁体落梁等震害。     

群桩基础的精细化设计模拟

大跨径桥梁以及上下部刚构的桥梁对下部结构刚度敏感性很高,如何对桥梁结构整体进行精细化模拟,以求得到精确的结构反应解答,对现代桥梁设计至关重要。其中群桩基础的有效模拟对整个下部结构刚度尤为重要。针对影响桩基础有限元模拟的关键因素进行分析,以求找到影响桩基有限元模拟精度的因素,为群桩基础的有限元精细化模拟提供参考。     

横系梁对双柱墩混凝土曲线梁桥地震反应的影响分析

为研究地震作用下,钢筋混凝土曲线梁桥中横系梁设置位置、刚度对结构受力的影响规律,以设置2道横系梁的双柱墩曲线梁桥为背景,考虑曲线梁桥的弯扭耦合效应和主梁间的非均匀碰撞效应,运用大型有限元软件ABAQUS建立桥梁的三维多尺度模型,设置6种横系梁位置工况,采用时程分析法分析不同位置横系梁对桥梁主梁、支座和桥墩的地震反应影响。最后,选择上述计算结果中较为合理的工况为背景,进一步研究横系梁刚度对桥梁地震反应的影响。研究结果表明:横系梁位置的变化对地震作用下曲线梁桥的主梁横向位移、支座受力、墩顶横向位移及墩底扭矩有比较明显的影响;横系梁沿墩柱较为均匀地分布时,对桥梁地震反应行为最为有利;适当地提高横系梁刚度可以减小桥梁的地震反应。     

考虑护栏刚度影响的荷载横向分布分析

本文针对预应力混凝土连续箱梁,建立空间梁单元和三维实体有限元仿真模型并结合桥梁荷载横向分布理论,分析了墙式防撞护栏刚度对结构横向分布系数的影响,提出了考虑护栏刚度的荷载横向分布计算方法。计算结果与实测结果对比分析表明:考虑护栏刚度的荷载横向分布系数计算结果与实测值吻合较好,此荷载横向分布计算方法可应用于桥梁设计计算和结构承载力评定。