大跨连续刚构桥箱梁抗震分析与减震措施研究

高烈度地震区大跨连续刚构桥箱梁在地震作用下会发生弯曲变形,产生较大弯矩和剪力,对箱梁抗裂及承载能力产生不利影响。为减小连续刚构桥箱梁在地震作用下的内力,以(90+190+228+123+60)m刚构+连续梁协作体系桥为例,采用有限元软件Midas Civil建模,对主墩墩型和支座类型的影响进行抗震分析并提出减震措施。研究结果表明:①主墩采用双薄壁墩比独柱式空心薄壁墩对箱梁抗震有利;②在辅助墩、交界墩或桥台处设置高阻尼隔震橡胶支座,可以减小箱梁和主墩受力;③在主桥梁端纵桥向设置粘滞阻尼器可以显著降低箱梁和主墩的弯矩;④组合使用高阻尼隔震橡胶支座+粘滞阻尼器减震措施,可以在不中断交通的情况下显著提升连续刚构桥的抗震性能。     

大跨径波形钢腹板连续刚构桥拉索支座抗震效应分析

本文基于波形钢腹板连续刚构桥工程实例,对交界墩处分别设置拉索减震支座和普通盆式抗震支座的波形钢腹板连续刚构桥在地震作用下的桥墩内力进行了有限元对比分析,并对不同支座水平刚度下交界墩和主墩的内力、刚度变化情况进行了对比分析。分析结果表明采用拉索支座能够调整连续刚构桥主墩和交界墩在地震作用下的响应内力分配。研究结果对高地震烈度区大跨径波形钢腹板连续刚构桥的设计具有一定的理论和指导意义。     

长联大跨连续梁桥隔震技术应用研究

为从有利于各墩协同抗震的角度探讨适用于长联大跨连续梁桥的减、隔震技术,以内蒙刘召黄河大桥主桥其中一联(55+10×100+55)m的预应力混凝土连续梁桥为背景,开展摩擦摆支座隔震、粘滞阻尼器减震及盆式橡胶支座抗震研究。建立全桥有限元计算模型,采用双线性滞回模型模拟摩擦摆支座、Maxwell模型模拟粘滞阻尼器,输入50年超越概率2%的3条地震波进行非线性时程反应分析。结果表明,长周期长联大跨连续梁桥的隔震机理为通过减弱制动墩对主梁的约束来减小作用于制动墩顶的有效主梁质量、改制动墩单独抗震为各墩协同抗震;摩擦摆支座隔震可有效地提高其抗震性能。     

高墩大跨连续刚构的抗震措施研究

以某高速公路上的一座大跨连续刚构桥为研究对象,参考相关规范,运用大型有限元分析程序SAP2000对动力特性进行分析,确定了运用反应谱法进行振型组合所需的振型阶数。对该桥进行了地震反应谱分析,确定了E1、E2两级水准地震作用下结构的反应最大值,分析评价了该桥的整体抗震性能。针对地震作用下的纵向位移过大、横向构件抗力过大的问题,在过渡墩处采用拉索减震支座的方案,并进行了E2地震作用下的非线性时程分析。分析结果表明,拉索减震支座的使用有效实现了力与位移的平衡,满足了预期的设计性能。     

大跨度中承式钢箱桁架拱桥抗震体系研究北大核心

为研究大跨度中承式钢箱桁架拱桥合理抗震体系,以某主跨519 m的中承式钢箱桁架拱桥为背景,采用MIDAS软件建立全桥有限元模型,分析桥梁自振特性、非线性时程地震响应,对比采用拉索减震支座前、后2种抗震支承体系下的桥梁地震响应,并对拉索减震支座的自由程进行参数分析。结果表明:对于大跨度中承式拱桥,抗震体系设计应重点关注桥梁支座反力;由于主梁从主拱肋间穿过,降低了桥梁的抗扭刚度;采用拉索减震支座前、后,拱脚内力变化不大,桥梁支座横向水平力最大值由3027 kN降至915 kN,桥梁顺、横桥向位移响应也得到明显改善;该桥合理拉索自由程为5 cm。     

连续刚构桥过渡墩横向抗震设计研究与应用

为解决刚构桥过渡墩横向地震力过大的问题,以某高低墩连续刚构桥为研究对象,通过铅芯隔震橡胶支座和钢阻尼器等减隔震措施工作机理的研究,探讨了过渡墩采用横向减隔震措施下各桥墩横向地震力受力状态。通过分析表明,采用减隔震措施后,可有效降低过渡墩横向地震力,主墩高墩横向地震力受减隔震措施影响较大,主墩矮墩受影响相对较小,主梁过渡墩处横向位移均在有效控制范围内;同时随着减隔震水平屈服刚度的逐渐增大,桥墩横向地震力逐渐增大,主梁支座位移逐渐减小。     

高速铁路无支座整体式刚构设计

为与相邻公路桥对孔布置并具有较优的结构性能,新建福州至厦门铁路泉州湾跨海大桥引桥采用多联(3×70)m无支座整体式刚构,该桥型全桥不设支座,边墩与中墩均与主梁固结形成整体刚构。该桥主梁采用预应力混凝土箱梁;墩高20~50 m,中墩采用实体墩或空心墩,边墩采用薄壁墩,相邻联边墩共用基础。通过在相邻梁端加装横向限位器、应用无砟轨道小阻尼扣件、边墩顶梁段采用两交界边墩临时固结后悬臂浇筑施工等措施较好地解决了梁端相对横向位移、轨道适应性及海上施工等问题。对该无支座整体式刚构桥结构性能进行分析,结果表明:其各项指标均满足规范要求,具有较好的经济性、抗震性能和景观效果。     

锁死销对连续梁桥地震响应的影响

为了解锁死销对不同墩高的连续梁桥纵向抗震性能的影响,基于锁死销的工作原理,以石长铁路沅江特大桥主桥[(62.5+5×96+62.5)m预应力混凝土连续梁桥]为背景,采用ANSYS建立不同墩高的全桥有限元模型,分析了锁死销的减震性能及其参数对减震效果的影响。结果表明:在滑动墩上设置锁死销可显著提高连续梁桥的整体抗震性能,适度增加各滑动墩内力响应可有效降低固定墩的内力和梁端位移;减震效果随着加速度激活阀值的增大而逐步降低;加速度激活阀值和锁死间隙变化时,滑动墩墩高越矮,其地震响应变化越明显。建议采用锁死销装置对不同墩高的连续梁桥进行减震时应注意对矮墩的保护。     

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。     

白河特大桥主桥抗震性能分析

以白河特大桥主桥为研究对象,采用有限单元法,对其进行抗震性能分析,以提高其抗震能力;运用有限元程序Midas/Civil,结合该桥的结构特点,建立了桥梁的空间有限元模型,对其分别进行自振特性、反应谱和地震波下的时程响应分析。计算结果表明:该桥梁整体刚度较大,整体竖向刚度相对其横向、纵向刚度弱,桥梁振动以竖向振动形式为主;24号桥墩墩底截面受力最为不利,可作为全桥抗震设计的控制截面;并建议在主梁两端支座处需采取一定挡护措施,避免主梁两端在地震中产生横向偏离支座的情况发生。     

连续梁减震性能的振动台试验研究

阻尼、墩高、支座的剪切刚度对桥梁的动力行为有着重要的影响。研究它们在减震中的作用对抗震设计很有指导意义。通过连续梁桥模型振动台试验,分析了阻尼、墩高、支撑剪切刚度对模型梁和墩减震性能的影响。试验表明,适当的调节阻尼、刚度、墩高会降低振动幅值,扰乱振动过程中规则的相位,从而得到良好的减震效果。     

刚果(布)滨河大道斜拉桥主桥设计

刚果(布)滨河大道主桥采用(49+81+285+81+49)m双塔双索面混凝土斜拉桥,综合效益优于连续刚构桥和钢管拱桥方案。主桥结构采用半漂浮支撑体系,横向设置抗风支座,纵向设置支座挡块。主梁采用现浇预应力混凝土Π形双边主梁,中心梁高2.3m,宽22.0m,辅助墩处布置压重。采用钻石形索塔,拉索锚固采用钢锚箱方案。斜拉索采用高强钢绞线,梁段张拉,外表面设置螺纹和安装阻尼器以防止风雨振和涡激振动。主梁标准段采用挂篮现浇施工,综合运用温度和顶推手段进行合龙位移控制。从施工方案、结构体系和索力控制3个方面降低和控制了平曲线弯曲段对桥梁的不利影响。     

呼准铁路黄河特大桥主桥设计

呼准铁路黄河特大桥主桥为(98+5×168+98)m预应力混凝土刚构—连续组合箱梁桥.主梁采用C55混凝土单箱单室变截面箱梁,三向预应力体系,在箱梁内预留体外预应力钢束张拉构件.主墩均采用圆端形截面空心墩(中间2个桥墩与主梁固结),摩擦桩基础.为适应主梁较大的温度伸缩量,开发了大位移伸缩装置及大位移活动支座.采用MIDAS Civil软件对该桥进行静、动力分析,分析结果表明,该桥在施工及运营阶段的刚度、强度均满足规范要求,且具有良好的抗震性能.该桥采用悬臂浇筑法施工,主梁合龙顺序为先边跨后中跨.     

兰州西固黄河大桥横向抗震体系研究

兰州西固黄河大桥主桥为(67+110+360+110+67)m双塔双索面钢-混结合梁斜拉桥,南岸引桥为2×40m预应力混凝土简支箱梁桥,北岸引桥为5×40m预应力混凝土连续箱梁桥。为确定该桥的合理横向抗震体系并优化其布置形式,采用SAP2000Nonlinear程序建立全桥有限元模型,分析该桥在横向滑动、过渡墩约束、辅助墩约束及横向完全约束4种墩梁横向约束体系下的地震响应,并针对横向挡块减震措施分析不同材料挡块控制参数对抗震性能的影响。结果表明:横向滑动体系下桥墩的地震响应最小,但墩-梁横向相对位移较大;过渡墩横向约束和辅助墩横向约束体系均会增大相应桥墩的地震响应,其中辅助墩横向约束体系下增加更为明显;横向完全约束体系下,各墩受力均不利;混凝土刚性挡块难以同时减小过渡墩与辅助墩的地震响应,横向减震效果不好;采用弹塑性挡块能显著降低过渡墩与辅助墩的墩底内力和墩-梁横向相对位移。     

设置速度锁定支座的大跨桥梁结构的抗震性能研究

为了研究速度锁定支座对大跨桥梁结构的减震作用,以黄河特大桥为依托工程,建立了主桥及引桥的三维动力有限元模型,并对设置速度锁定摩擦摆支座后的桥梁结构进行抗震性能分析,以研究该支座的减震效果。分析结果表明,设置速度锁定摩擦摆支座后,主桥活动墩可有效分担固定墩的内力,而速度锁定摩擦摆支座也对支座位移有较好的控制作用;再者,相对大震作用,速度锁定摩擦摆支座在中震作用时的更为有效。由分析可知,本桥使用的速度锁定摩擦摆支座的减震性能良好,类似的,在大型桥梁结构上设置速度锁定摩擦摆支座,可有效提高桥梁结构的抗震性能。     

上海泖港大桥新建主桥设计

上海泖港大桥新建主桥为(110+225+110)m双塔中央双索面钢箱梁斜拉桥。该桥采用塔梁固结、塔墩分离的结构体系,墩梁之间设置竖向支座、叠层橡胶支座和横向挡块以增强抗震性能。主梁采用3.5m高扁平钢箱梁结构,桥面采用UHPC铺装体系。桥塔采用矩形截面独柱钢结构塔,桥面以上塔高60m。主墩为混凝土墙式墩,内设2个空腔,承台为矩形截面,下设15根Φ1.8m钻孔灌注桩;辅助墩、交接墩分别采用柱式墩、框架墩,承台为矩形截面,下设Φ1.2m钻孔灌注桩。斜拉索采用Φ7mm镀锌铝高强平行钢丝束。采用MIDAS Civil和ABAQUS有限元程序进行静力验算,结果表明该桥结构静力性能满足规范要求。     

抗震支座在高烈度区域曲线连续梁桥减震设计中的应用

为研究高烈度区域内,抗震支座对曲线连续梁桥的减震性能,采用有限元软件Midas Civil 2015分别建立设置普通橡胶支座与高阻尼橡胶支座的全桥三维模型,采用加速度峰值修正的EI Centro波作为地震动输入,对同样地震力作用下,桥梁结构的位移和内力响应进行对比分析,并采用弯矩-曲率曲线对其减震效果进行研究。分析结果表明,设置高阻尼橡胶支座能够有效地改善桥梁墩顶位移与墩身、桩身内力,抗震支座对横向位移减小效果明显,且由于改变了全桥的刚度分布,使得普通支座模型中承受较大弯矩的矩形墩内力大幅度减小,全桥内力趋于合理化。     

天水市藉口镇藉河大桥总体设计

天水市藉口镇藉河大桥主桥采用独塔双索面斜拉桥,边跨45 m+84 m,主跨155 m,主塔采用钢筋混凝土钻石形塔,主梁采用预应力混凝土边纵梁,该桥采用塔、梁、墩固结体系,辅助墩及过渡墩处设置减隔震型抗震支座。阐述了该桥总体设计时在孔跨布置、主梁、主塔、斜拉索、基础等方面的尺寸确定。对高烈度地区独塔斜拉桥的设计提供了宝贵的工程经验。     

地震作用下山区高低墩长联梁桥支座刚度优化研究

为了取得合理的支座剪切刚度,以提高山区高低墩长联梁桥的抗震性能,采用MIDAS Civil软件建立6×40m预应力混凝土连续T梁桥模型(不同墩高的3类桥梁),进行E1反应谱分析,研究支座刚度对墩底纵向弯矩的影响;基于可视化较好的Visual Basic编程语言和APDL参数化设计语言,编写"支座刚度优化"程序,以方便地得到合理的支座刚度。结果表明:将一联内支座与墩的组合刚度调整为一致,不能使桥墩受力均匀,甚至会造成高墩墩底弯矩增大,内力分布更加不均;通过增大高墩支座刚度,减小矮墩支座刚度,可使墩底纵向弯矩分布更加均匀,减小其弯矩峰值,同时也降低了墩底横向弯矩;"支座刚度优化"程序计算结果可靠,有利于在实际工程中通过调整支座刚度来提高桥梁抗震性能。     

小箱梁桥横向减震体系及其耗能特性

为改善小箱梁桥的横向抗震性能,以三角形钢板为基本耗能构件,提出板式橡胶支座与钢阻尼器组合、板式橡胶支座与钢挡块组合2种横向减震体系,详细阐述了2种减震装置的构造特点和力学特性。钢挡块体系的挡块间隙取板式橡胶支座发生滑动时的位移,以充分发挥支座的柔性减震作用。以一座简支小箱梁桥为例,在成本相同的前提下,研究2种减震装置屈服力变化对减震效果的影响,阐明了减震体系主要力学参数的确定方法,并采用非线性时程反应分析方法,对2种减震体系的耗能特性进行深入分析。选取2条典型的地震动输入,分析了2种减震体系对墩梁相对位移、最大墩底弯矩的影响和各自减震装置的耗能机制。结果表明:地震下钢阻尼器耗能大,通过提供耗能及较大的恢复力能有效控制墩梁相对位移,而钢挡块耗能小,主要通过提供恢复力来控制墩梁相对位移,因而阻尼器体系的限位效果要显著优于挡块体系;在一定范围内,增大钢阻尼器(挡块)屈服力可以显著减小最大墩梁相对位移,但不会明显增大下部结构地震力;当地震动输入在正负方向能量分布不均时,钢挡块体系中梁体频繁撞击一侧挡块,挡块的滞回圈数会显著减少,支座较易遭受地震损伤;而钢阻尼器体系更能适应不同的地震动输入。