斜拉桥过渡墩处合理横桥向约束体系研究

研究目的:横桥向地震作用下,斜拉桥的过渡墩是抗震设计的薄弱环节,有必要研究斜拉桥过渡墩处合理的横桥向约束体系。以厦漳跨海大桥南汊主桥为工程背景,从提高过渡墩横桥向抗震性能的角度出发,研究3种横桥向约束体系(墩梁主从、墩梁自由、墩顶设置限位挡块)对斜拉桥横桥向抗震性能的影响。研究结论:采用墩梁主从体系会放大过渡墩及其基础的地震响应;采用墩梁自由体系虽然可以减小过渡墩及其基础的地震响应,但会造成墩梁横桥向相对位移过大;采用限位挡块体系可以有效减小过渡墩的地震响应,合理的挡块初始间隙可以通过参数分析得到。     

石河子独塔斜拉桥横向抗震合理约束体系研究

以石河子独塔斜拉桥为工程背景,建立有限元抗震模型,采用非线性动力时程分析方法对该桥进行罕遇地震作用下的横桥向抗震分析。为研究横向约束体系对独塔斜拉桥抗震性能的影响,主塔处分别采用塔梁固结、塔梁分离、塔梁铰接、竖向支承、竖向支承加弹性索、竖向支承加黏滞阻尼器(FVD)等不同横向约束形式、边墩处分别采用横向铰接、竖向支承、铅芯支座、竖向支承加黏滞阻尼器等不同约束形式进行抗震计算,通过分析对比,得出以下结论:若边墩受力不控制设计,则主塔处采用竖向支承加黏滞阻尼器、边墩横向铰接是相对最优的约束体系;若边墩受力控制设计,则主塔处采用竖向支承加弹性索、边墩设置铅芯支座是相对最优的约束体系。     

不同设计参数下刚构-连续组合曲线梁桥地震响应敏感性分析

结合大跨、高墩、长联曲线铁路梁桥的工程实例,利用大型通用有限元软件ANSYS,采用反应谱的分析方法,给出了该桥在不同的曲线半径、桥墩墩高、墩梁约束方式下的自振频率和振型,分别按纵桥向和横桥向的激励方式,分析了中跨跨中位移,墩顶位移及墩底弯矩随设计参数变化的规律。结果表明:自振频率受桥墩墩高和墩梁连接方式的影响较大,受曲线半径的影响较小;曲线半径在一定范围内变化时,地震响应变化较小;在纵向反应谱的作用下,桥墩墩高的改变对地震响应的变化规律比较复杂,在横向反应谱的作用下,地震响应有一定的变化规律;墩梁约束方式为约束7的地震响应最小,但综合考虑温度、制动力学因素,应该是原设计约束5最优。     

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。     

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。     

王家山2号T形刚构铁路桥弹塑性减震方案的研究

为了减弱地震反应,在双薄壁墩间设置合适尺寸的弹塑性连接梁,在地震中,连接梁产生塑性变形而耗能,在端部形成塑性铰,减轻了结构的地震响应。比较了设置连接梁与不设置连接梁两个桥梁模型,分别计算在顺桥向输入地震波时,薄壁墩柱的弯矩及位移,表明设置弹塑性连接梁的减震效果明显。     

增设黏滞阻尼器加固铁路桥梁的减震控制分析

研究目的:基于大地震中铁路桥梁因为墩梁横向位移过大造成的落梁等破坏,本文提出在T梁和墩顶之间增设黏滞阻尼器对桥梁进行减震控制的加固方案。以采用圆端型桥墩的某混凝土简支双片式T梁铁路桥为例,通过ANSYS软件建立桥梁结构模型,选取4条地震动记录,分析地震作用下不同墩高时桥梁的动力响应;选取两种液体黏滞阻尼器的加固布置方案,分析不同的阻尼器布置位置对桥梁墩顶的横向位移以及墩梁横向相对位移的影响规律,研究阻尼器不同设计参数对桥梁耗能减震的效果,结合阻尼器优化得到的参数并最终选定一种效果较好的加固方案。研究结论:(1) 8度罕遇地震作用下,墩顶位移和墩梁相对位移较大,超出了铁路桥梁的允许位移值;(2)随着墩高的增大,墩顶位移随之增大,而墩梁相对位移的变化规律不明显;(3)本铁路桥梁加固时液体黏滞阻尼器的推荐参数为阻尼速度指数a=0.3,阻尼系数C=5 000 k N·(s/m)a;(4)液体黏滞阻尼器能够显著降低地震作用下的墩顶位移和墩梁相对位移,消能减震作用显著;(5)本研究结论可用于既有铁路桥梁的抗震加固及减震控制。     

罕遇地震作用下高速铁路简支梁桥抗震性能分析

简支梁桥在高速铁路中占到了极高的比例,其抗震性能值得深入研究。结合西部高速铁路中典型的简支梁桥结构形式,建立不同墩高的高速铁路多跨简支梁桥的全桥空间分析模型,在模型中采用纤维单元模拟桥墩,并对固定支座锚固螺栓在罕遇地震作用下可能被剪断的力学特性予以适当的模拟,采用非线性时程方法分析高烈度地震区内该类桥梁在罕遇地震作用下的弹塑性地震响应,讨论该桥的损伤模式。分析结果表明:相比纵桥向地震作用,墩高20 m以内的高速铁路大跨度简支梁桥在横桥向地震作用下的桥墩损伤程度更大;整体看来桥墩具有较好的抗震性能,而合理控制支座锚固螺栓被剪断后主梁所产生的较大位移将成为铁路简支梁桥抗震设计中的重点。     

高速铁路异型拱桥抗震体系及抗震措施分析

研究目的:针对长昆客运专线"红太阳"中承式异型拱桥的抗震设计问题,对异型拱桥的合理抗震体系及应采取的抗震措施进行研究。同时为进一步保证桥梁在地震作用下的安全性,纵向设置限位挡块,采用非线性弹簧单元模拟挡块,计算纵向限位挡块在地震作用下的响应,对其安全性能进行评价。研究结论:(1)桥梁结构采用半漂浮体系,大大减小了桥墩地震响应,避免了设计较粗大的制动墩;采用吊杆斜置的方法,通过自身平衡受力,有效减小了半漂浮体系的纵向位移,计算结果表明了该抗震体系的合理可靠;(2)纵向限位挡块很好地限制了桥梁在地震作用下的纵向位移,设计地震下挡块的最大应力不超过材料的屈服应力,具备足够的强度,能够保证结构在地震作用下的使用安全;(3)该研究成果可为同类异型拱桥抗震设计提供参考。     

中小跨径连续梁桥抗震结构参数影响分析

以云南山区高速公路常用的连续梁桥下部双柱式桥墩、T形桥墩桥梁为研究对象,建立了空间动力弹塑性时程分析模型,分别讨论了墩底边界模拟方法、单联与多联模型对地震响应结果的影响程度与规律.结果表明:不同墩底边界模拟方法对桥墩的地震作用影响较大;单联模型可用于双柱式桥墩纵向地震反应分析以及T形墩纵、横向地震反应分析;双柱式桥墩横向地震分析宜采用多联模型.     

金水沟特大桥弹塑性抗震分析

为了深入了解高墩大跨预应力混凝土刚构连续梁桥在罕遇地震下结构的反应特征,利用Midas/Civil软件,混凝土和钢筋分别采用Mander本构关系和修正梅内戈托与平托本构关系,建立结构的纤维模型,对金水沟特大桥进行罕遇地震下的弹塑性抗震分析。分析结果表明,纤维模型可以有效模拟结构地震下的反应,在罕遇地震下的强度与变形均满足规范,满足"大震不倒"的抗震设防要求,并且还有一定的安全储备;对于金水沟这类高墩大跨刚构连续梁桥,横桥向墩底为控制截面,顺桥向连续梁墩墩底、刚构墩的墩顶与墩底均为控制截面,并且结构顺桥向的地震力较横桥向更为控制结构设计。     

站桥合一地铁高架车站抗震性能分析

以北京某地铁高架车站为背景,建立了有斜撑与无斜撑站桥合一高架车站的有限元计算模型,分析了高架车站上、下层墩柱在地震作用下的位移响应。结果表明,地震作用下,有斜撑站桥合一高架车站与无斜撑站桥合一高架车站相比,墩柱顶部的竖向位移相差较小,斜撑对站桥合一高架车站竖向抗震作用并不明显;与无斜撑站桥合一高架车站相比,有斜撑站桥合一高架车站上层墩柱的横纵向水平位移响应有大幅降低,车站结构在水平方向上的抗震性能提高较大;有斜撑站桥合一高架车站的结构整体性更好,抗震性能更强,结构形式更合理。     

双曲面球型减隔震支座在刚构连续梁桥中的应用

结合处于高烈度地震地区的某(48+4×80+48)m刚构连续梁桥的工程实例,分析表明对高烈度区的长联多跨刚构连续梁桥进行常规抗震设计往往无法达到抗震设防目标。应用双曲面球型减隔震支座进行减震设计,可以有效地降低抗震设计控制截面的内力,使结构设计更容易满足抗震规范的要求。同时分析了双曲面球型减隔震支座的两个主要参数摩擦系数和球心距对刚构墩减震效果的影响。对于同一个球心距,刚构墩墩底的顺桥向弯矩响应、墩顶的顺桥向位移响应随摩擦因数的增大而减小,横桥向弯矩响应、横桥向位移响应随摩擦因数的增大而增大;对于同一个摩擦因数,随着球心距的增加,刚构墩墩底的顺桥向、横桥向弯矩响应以及墩顶的横桥向位移响应均呈现减小趋势,而刚构墩墩顶的顺桥向位移响应呈现先减小后增大的趋势。     

限位装置对连续梁桥地震反应的影响

为防止上部结构在地震中发生落梁破坏,通常采取适当的限位措施来限制相邻梁体和墩梁间的相对位移.本文在文献[4]、[5]考虑支座非线性和墩柱弹塑性及相邻梁体间碰撞计算模型的基础上,应用非线性时程方法对3种限位措施:伸缩缝处相邻梁体之间安装受拉连梁装置、流体黏滞阻尼器以及伸缩缝处墩梁之间设置受拉限位装置的限位效果进行分析探讨.参数研究结果表明:在伸缩缝处相邻梁体间安装受拉连梁装置和流体黏滞阻尼器的限位效果都很好,而在墩梁间设置受拉限位装置对伸缩缝处墩顶的位移延性需求较高,影响其限位效果的发挥.     

近断层高速铁路典型桥梁抗震优化设计研究

研究目的:西南山区某高铁穿过现今非常活跃的小江断裂带,设防烈度高达九度。高地震烈度和近断层脉冲效应对铁路桥梁的抗震设计和高速列车行车安全提出了更高的要求。基于此,本文通过分析近断层地震激励下典型高铁桥梁的弹塑性动力响应规律,开展桥梁减隔震装置和桥墩设计参数优化研究。研究结论:(1)桥墩在近场地震动作用下轴力变化较大,对桥墩的承载能力产生较大的影响,在抗震设计中应予以考虑;(2)采取本文提出的优化设计流程能够使得桥墩在整个墩高范围内纵桥向和横桥向具有相近的安全储备,并充分发挥混凝土和钢筋两种材料的性能;(3)采用摩擦摆支座+限位耗能杆的减隔震体系具有良好的减隔震效果,内力减震率可达20%以上;(4)若允许支座销钉在多遇地震时剪断,可使多遇地震下墩底内力进一步降低11%～45%,由此降低的梁体横向加速度和增大的位移响应对行车安全性影响应进一步结合车桥耦合振动分析确定;(5)本研究成果可为高铁典型桥梁抗震设计提供参考和依据。     

车辆墩柱模型碰撞动力响应分析

针对车辆桥墩撞击问题,完成了不同车速下小车—墩柱碰撞的室内试验,采用通用显式动力分析程序LS-DYNA,建立了车辆—墩柱碰撞有限元模型,分析了不同车速下的系统动力响应。计算结果表明,车辆撞击速度越大,墩柱动力响应越大,墩顶加速度与墩前应变基本与车速成正比;墩柱底部完全固结,其动力响应比弹性约束小。     

混凝土挡块对非规则连续梁桥地震反应的影响

为了对桥梁地震反应做出更准确的判断,基于ANSYS提出综合考虑混凝土挡块特性以及梁体与挡块碰撞效应的模拟方法。以韩江大桥的非规则多跨连续梁桥为研究对象,分析在混凝土挡块4种不同模拟情况下的结构地震反应,研究挡块性能参数的影响规律,并探讨减碰措施。研究结果表明:混凝土挡块限制梁体位移,但同时将梁体惯性力传递给桥墩,从而影响整体结构地震反应。忽略挡块性能或梁体与挡块的初始间隙都会导致地震反应分析产生偏差。增加挡块强度可提高其限位能力,但过大的挡块强度也会导致极大的桥墩内力。提高挡块的变形能力有利于减小碰撞力与挡块损伤。橡胶垫片是较宜采用的减碰措施,可进一步减小梁墩相对位移与碰撞力,减轻挡块损害。     

阻尼器对高墩连续刚构桥抗震性能的影响分析

以一座高速铁路高墩三跨连续刚构桥为研究对象,利用MIDAS/Civil软件建立全桥空间动力分析模型,通过非线性时程分析法研究在刚构桥两侧边墩上设置黏滞阻尼器对连续刚构桥地震响应的减震效果。从减小边墩的墩梁相对位移出发,考虑刚构墩墩底受力的减震效果,分析了黏滞阻尼器参数的合理取值。结果表明,连续刚构桥边墩设置黏滞阻尼器以后,可有效减小边墩的墩梁相对位移,减小刚构墩的受力,提高全桥的抗震性能。     

悬挂式轨道梁 Y 型墩柱 抗震能力分析

为研究悬挂式轨道梁在无车情况下的抗震能力,以某悬挂式轨道交通试验线为研究对象,利用 MIDAS/CIVIL 建立模型并采用反应谱法,研究不同地震峰值加速度(0.1 g、0.15 g、0.2 g、0.3 g、0.4 g)对 Y 型墩 柱的影响。研究结果表明：该桥横向刚度较小;相较于横向地震,Y 型墩柱在顺桥向地震作用下的内力响应更大; 当地震加速度大于 0.1 g 时,4 号混凝土墩柱开始出现裂缝;当地震加速度大于或者等于 0.25 g 时,3 号混凝土墩 柱开始出现裂缝;在所讨论的地震峰值加速度中,Y 型钢墩和混凝土墩柱均未出现屈服现象,但混凝土墩柱弯矩 增长速率更快,有先屈服的趋势。     

高速铁路钢混连续梁桥弹性约束体系抗震性能研究

以一座高速铁路大跨度钢混连续梁桥为工程背景,介绍了弹性约束体系及设计参数取值方法,从动力特性、桥墩剪力、墩顶位移等方面对比分析了弹性约束体系、连续约束体系的地震响应,探究弹性约束体系纵向抗震性能。结果表明：与连续约束体系相比,弹性约束体系显著延长了桥梁结构自振周期,且多个主墩协同受力;弹性约束体系有效减小了桥墩纵向剪力和墩顶水平位移,设计、罕遇地震工况下桥墩纵向剪力减震率分别为61.26%、40.56%;罕遇地震工况下,弹性约束多功能支座位移达到弹性位移设计值,纵向水平力由纵向限位装置、弹性约束装置共同承担。弹性约束体系具有良好的纵向减震性能,设计地震、罕遇地震工况下桥墩纵向剪力平均减震率分别为60%、43%。