地震动脉冲参数对近断层区深水桥墩动力响应的影响分析

本文采用基于流固耦合理论的势流体计算方法,以某典型铁路深水桥梁为研究对象建立墩-水作用模型,引入人工合成近断层等效速度脉冲方法,量化分析并提炼脉冲参数对深水桥墩动水压力及结构地震响应的影响规律。研究表明:脉冲效应有可能使结构动力响应成倍增大,脉冲峰值Vp、脉冲周期Tp和脉冲类型等3类脉冲参数对深水桥墩动力响应均存在明显影响。随着脉冲峰值Vp的增大,不同水深下桥墩结构的动力响应均增大;当脉冲周期Tp接近桥墩结构自振周期时,其动力响应被明显放大;对于本文算例,C类脉冲的影响最明显,B类次之,A类最小。结合反应谱分析可知,不同脉冲参数的影响方式和幅度有所差别,一定程度上可以根据脉冲波反应谱的频谱强度及周期分布特征解释。进行近断层区深水桥梁抗震设计时,应对比检验不同类型脉冲参数的潜在影响,确保桥梁地震安全。     

大跨度跨海铁路连续刚构桥波浪荷载动力响应研究

运用Reynolds平均法对一座大跨度跨海连续刚构桥的波浪场进行数值模拟,建立波浪-连续刚构桥空间振动的有限单元分析模型,计算波高分别为2、3、4、5、6、8 m时的波浪荷载以及波高为2.4 m时不同周期的波浪荷载作用在桥梁上的动力响应.结果表明:跨中横向位移和墩顶横向位移均随波高的增大而增大,但波高增大到一定值时,跨...     

桥梁抗震分析中动水压力的计算

用势流体单元模拟水体,采用数值分析方法计算分析地震动水压力。采用Morison方程法,以附加质量的形式考虑动水压力。运用两频段选波方法,选取美国Spitak(1988)和Imperial Valley(1979)2条地震波,进行深水桥墩地震响应分析,研究动水压力对深水桥墩地震响应的影响。结果表明:在地震作用下,动水压力显著增大桥墩的墩顶位移和墩底内力响应,且使地震响应峰值出现的时刻有所改变。在进行抗震设计时考虑动水压力的作用是非常必要的。通过对实际桥墩的分析,验证Morison方程法在深水桥墩地震响应分析中的有效性,说明按照我国现行铁路工程抗震设计规范中的计算方法得出的深水桥墩地震响应结果偏低。     

考虑动水压力作用隔震桥梁的地震响应分析

为了探讨高烈度山区不规则隔震桥梁在动水压力作用下的地震响应,以MORISION方程及其扩展方程为原理计算动水压力,选用铅芯隔震橡胶支座作为隔震支座,利用有限元软件ANSYS对全桥建立简化的力学数值计算模型,并采用非线性时程法进行抗震分析,主要研究了桥墩及铅芯隔震橡胶支座在不同水位处的地震响应。研究结果表明:动水压力作用会使桥墩的地震响应增大,同时也会增大隔震橡胶支座的水平剪力及位移,而隔震橡胶支座利用其耗能的特点则能有效地减小动水压力对桥墩产生的地震响应。因此,对于考虑动水压力作用的不规则深水桥梁,应选取抗剪能力更强、变形能力更大的隔震橡胶支座,以保证良好的隔震效果,提高桥梁结构在地震作用下的整体安全性。     

考虑跨数影响的单线铁路简支梁桥桥墩地震响应

针对8 m和25 m 2种墩高的单线铁路简支梁桥,研究跨数对中间桥墩地震响应的影响程度。采用OpenSEES程序,分别建立2跨,4跨,6跨和8跨共4种不同跨数的桥梁有限元模型。通过不同方向、不同烈度的地震动作用下地震响应的对比分析,确定跨数对中间桥墩地震响应的影响程度。研究结果表明:在纵向地震动作用下,中间桥墩地震响应随跨数的增加而增加,并在跨数多于4跨时增加趋势变缓;在横向地震动作用下,中间桥墩地震响应随跨数的增加而先增加后减小,并在跨数为4跨时达到最大值。以上趋势随着墩高和地震烈度的增加而减小,但在桥墩屈服前后略有波动。因此,在进行单线铁路简支梁桥的普通高度桥墩地震响应分析时,为了同时提高计算精度和计算效率,建模跨数以4跨为宜。     

铅芯隔震橡胶支座参数对连续梁桥地震响应的影响

采用有限元软件ANSYS建立4跨连续T梁桥有限元模型,基于非线性时程分析法研究了铅芯隔震橡胶支座参数对桥梁地震响应的影响规律。研究结果表明:桥墩的墩梁纵桥向相对位移最大值随屈服前刚度与屈服后刚度的增大呈逐渐减小的趋势;桥墩墩底纵桥向弯矩最大值随屈服前刚度的增大呈先减小后增大的趋势,而随屈服后刚度的增大呈先增大后减小的趋势;随着铅芯隔震橡胶支座等效阻尼比、铅芯屈服力的增大,桥墩墩底纵桥向弯矩最大值呈先逐渐减小后逐渐增大的趋势。     

基于RANS的跨海桥梁高桩承台波浪作用数值模拟

极端波浪荷载给跨海桥梁带来了严峻的挑战,为了探究波浪对跨海桥梁高桩承台的冲击作用,基于雷诺时均Navier-Stokes方程(RANS)和k-ω湍流方程,建立波浪与高桩承台相互作用三维数值模型,采用流体体积法(VOF)捕捉自由液面,研究承台受到的水平及竖向波浪力时程特性、承台周围流场以及净空对波浪荷载的影响规律。研究结果表明:承台水平波浪力随着净空的减小而增大,水平正向波浪力大于水平负向波浪力;承台受到的竖向向上波浪力随着净空的增加先增大后减小,当净空为零时达到最大值。当净空大于零时,向上的波浪力大于向下的波浪力,而当净空小于零时,向上的波浪力小于向下的波浪力。     

减震榫-活动支座减震机理及影响参数研究

阐述减震榫-活动支座的工作原理及构造形式,以某5跨高速铁路简支梁桥为例,研究减震榫-活动支座的减震性能,并系统分析支座动力参数及桥梁结构自振周期对减震榫-活动支座简支梁桥地震响应的影响。结果表明:减震榫-活动支座能有效降低桥墩的地震需求,但会在一定程度上增加梁体位移;支座屈服强度对桥梁地震响应影响较大,应综合考虑其对桥墩内力和梁体位移的影响规律进行优化选择;支座初始刚度主要影响上部结构位移而屈服后刚度主要影响桥墩内力,为保证减震榫耗能能力发挥,建议硬化比控制在0.15以下;减震榫-活动支座减震效果随桥墩刚度减小呈先上升再降低的变化规律,更适用于高度小于16 m的桥墩。     

某跨海连续梁桥隔震研究

以某跨海连续桥梁为工程背景,研究了不同隔震措施下该桥梁结构的地震响应。采用有限元软件Midas Civil对该工程中六跨连续梁桥建立三维有限元精细化分析模型,考虑将该桥梁支座分别设置为铅芯橡胶隔震支座、摩擦摆式支座,并与普通盆式橡胶支座时该梁桥的动力特性与地震响应进行系统的对比研究,以评价跨海连续梁桥的隔震性能。研究结果表明,与普通连续桥梁相比,隔震后桥梁结构自振周期延长,桥梁墩顶最大位移、桥墩墩底弯矩、剪力均显著减小。采用摩擦摆式隔震支座时该跨海连续梁桥可取得更好的减震效果,但其位移较铅芯橡胶隔震支座时大。     

跨海大桥小尺度下部结构非线性波浪荷载分析

为研究跨海大桥桩基、桥墩等小尺度下部结构波浪荷载的非线性特性,以平潭海峡大桥N01号桥墩为例,采用不可压缩流体的N-S方程以及VOF自由液面追踪法,通过FLUENT实现非线性波的二维数值模拟,进而分析非线性波浪速度场和波面变化的特点,并通过Morison方程对比桥墩和单桩在线性波和非线性波下波浪荷载的差异,同时,为进一步研究浅水区非线性波浪特点,对不同直径下桥墩非线性波浪荷载的影响进行研究。研究表明:对于深水区的单桩,非线性波的非线性作用不明显;对于浅水区的桥墩,非线性波与线性波波浪力差异有14%,非线性作用较为显著;随着直径的增加,桥墩发生非线性波浪力峰值滞后现象;在跨海大桥设计中,波浪荷载的非线性应予以重视。     

大型跨海桥梁桩基强波浪动力响应特征研究

为得到跨海桥梁桩基础在波流荷载下的动力响应特征,以新建湄洲湾港口铁路支线综合标段罗屿特大桥为研究对象,运用有限元计算手段,建立了圆形桩-波浪-海床耦合模型,研究了线性波和椭圆余弦波作用下桩基础的位移、应力及位移频域响应。结果表明：线性波作用下,桩基础的位移和应力均呈规律性的周期变化,桩顶位置的位移响应峰值约海床面处的4.2倍,海床面位置的应力响应峰值约桩顶位置处的1.6倍,桩顶位移的主频集中在0.11 Hz,接近桩基础的固有频率;椭圆余弦波作用下,桩基础的位移呈随机变化规律,应力呈规律性的周期变化,桩顶位置的位移响应峰值约海床面处的5.5倍,海床面位置的应力响应峰值约桩顶位置处的1.7倍,桩顶位移的一阶主频为0.16 Hz,二阶主频为0.38 Hz。     

急流冲击下大跨度连续刚构桥动力响应分析

急流对桥梁冲击作用不可忽视，且现有规范对急流状态下桥墩的冲击作用考虑不足，未考虑急流对墩的侧向作用力，可能严重低估急流作用对桥梁结构的影响。现以某大跨度连续刚构桥为研究对象，建立刚构桥三维有限元模型，系统地考虑急流对桥墩顺流向和横流向(侧向)的冲击作用，研究不同流速和水深对大跨度连续刚构桥动力响应影响，并与港口规范计算结果进行对比。分析结果表明：在急流状态下，单墩两侧的压强呈非对称分布，构成横流向的瞬时压强差，造成显著的瞬时横流向力，在结构设计中不可忽视；水深在H/2及以上时，桥梁受急流冲击效果急剧增长，水流速度对桥墩最大位移和最大应力影响较大，此时应考虑侧向力对桥墩的影响；随着水深和流速增大，港口规范与数值模拟响应差值逐渐增大，墩顶位移最大可达1.6 cm,墩底应力最大可达4.8 MPa,在急流状态下，数值模拟结果更为保守。     

青藏铁路多年冻土区桥梁地基融化时的抗震安全性分析

采用弹簧单元模拟地基对桥梁基础的嵌固以及轨道桥面系对梁体的纵向约束作用,建立桥梁-轨道桥面-地基共同受力的全桥整体模型。分析了未来青藏高原由于气候变暖引起冻土退化、地基对桥梁桩基嵌固作用降低时桥梁结构的地震反应。结果表明,当冻土退化而导致地基嵌固作用降低时,桥梁墩身的地震弯矩减小,桩身弯矩和墩顶位移增大。轨道桥面系的约束作用使得边跨桥墩的地震反应降低,中间桥墩的地震反应增加。还探讨了桥墩高度、桥梁长度对地震反应的影响。     

墩水相互作用对深水桥墩与船舶撞击的影响研究

为研究船撞桥过程中深水桥梁的碰撞力及响应,在对比等效密度系数法和流体有限元方法的基础上,提出了更为实用的考虑墩水相互作用的桥墩与船舶撞击的分析方法。采用单塔模型和全桥模型研究了墩水相互作用对深水桥梁船撞力及响应的影响。研究结果表明:等效密度系数法可以代替流体有限元方法;墩水相互作用对碰撞力最大值影响不大;考虑墩水相互作用可使体系振动频率减小,振动固有周期增大。     

碰撞参数对隔震桥梁地震响应的影响

以四川省汶川县境内的一座隔震桥梁为例,采用ANSYS建立全桥有限元模型,研究地震作用下梁体碰撞参数对隔震桥梁地震响应的影响。选取5条代表性地震波,利用接触单元Combin40模拟梁体间的碰撞。地震动分析方法采用非线性动力时程法,主要碰撞参数包括碰撞刚度、伸缩缝间隙和恢复系数。结果表明:碰撞刚度、伸缩缝间隙和恢复系数均会对隔震桥梁地震响应产生较大影响;碰撞刚度越大,墩顶位移、碰撞力和隔震支座水平剪力越大;随着伸缩缝间隙的增加,墩顶位移和隔震支座水平剪力、碰撞力的变化规律相反,采用合理的伸缩缝间隙有利于减小墩顶位移和隔震支座水平剪力;墩顶位移和隔震支座水平剪力随恢复系数的增大而增大,碰撞力随恢复系数的增大而减小。     

波流作用下悬浮隧道荷载研究

考虑波流之间的相互影响,采用改进的Morison方程,分析了SFT的最大波流力与水流速度、悬浮隧道直径、悬浮深度、水深和波流夹角之间的关系.分析得出:无量纲参数后D一定时,最大波流力随水流速先减小后增加,随SFT直径的增加而增加,随悬浮深度和水深增加而减小;来流速度、SFT直径和悬浮深度是影响悬浮隧道波流荷载的主控因素,波流夹角和水深对悬浮隧道波流荷载影响相对较小.     

支座参数对韩江特大桥地震响应的影响

为了研究摩擦摆支座栓钉抗力和支座阻尼对桥梁结构地震响应的影响,以韩江特大桥主桥为研究对象,应用ANSYS建立全桥模型,采用非线性时程分析法对比分析了不同支座参数下该主桥的地震响应。研究结果表明:摩擦摆支座栓钉抗力系数较合理的取值范围为0.04~0.05,在实际应用中还应考虑栓钉抗力对正常荷载作用下桥梁结构变形等的影响;考虑支座阻尼后各桥墩的支座纵桥向最大水平位移均有一定程度减小,还会减小除11~#桥墩外其余桥墩支座纵桥向最大水平剪力;考虑支座阻尼后会增加9~#,11~#,13~#,15~#桥墩墩底纵桥向最大弯矩,而10~#,12~#,14~#桥墩墩底纵桥向最大弯矩有所减小。     

罕遇地震作用下高速铁路减隔震简支梁桥合理计算模型的探讨

以往在分析减隔震桥梁的地震响应时,由于考虑到桥墩和基础应保持弹性工作状态,在基于强度的设计中偏于安全考虑桥墩一般采用毛截面刚度建立弹性梁单元模型。实际上,在罕遇地震作用下,桥墩墩底截面虽然未达到屈服状态,仍然会出现保护层混凝土开裂,并导致桥墩刚度降低。此时,应考虑对桥墩刚度进行适当修正以估计桥梁的各项地震响应参数,这也有利于实现减隔震桥梁基于位移的抗震设计。结合西部高速铁路中典型的简支梁桥结构形式,分别采用弹塑性纤维梁柱单元、弹性梁柱单元、考虑刚度修正的弹性梁柱单元模拟桥墩建立3种计算模型,探讨适用于罕遇地震作用下的高速铁路减隔震桥梁的合理计算模型。结果表明,当罕遇地震作用下桥墩位移延性超过0.5时,考虑刚度修正的弹性梁柱单元模拟桥墩的计算模型能够较好地估计桥梁各项地震响应参数。     

铅芯橡胶支座隔震铁路简支梁桥双向地震响应分析

采用铅芯橡胶支座,选取具有不同固有周期的4座铁路简支梁桥桥墩,建立空间有限元模型。以7组典型地震波作为激励,进行铅芯橡胶支座隔震铁路简支梁桥的双向地震响应分析。采用时程分析法计算考虑和不考虑铅芯橡胶支座恢复力耦合作用的隔震桥墩系统的地震响应。分析结果表明:双向地震动作用下考虑耦合作用的铅芯橡胶支座的位移—恢复力曲线与单向地震作用下不考虑双向恢复力的耦合作用时的位移—恢复力曲线在形状上存在较大差别,铅芯橡胶支座的滞回耗能也不相同;不同地震激励下铅芯橡胶支座恢复力的耦合作用对铅芯橡胶支座峰值位移的影响程度不同;随着桥墩一阶固有周期的增加,铅芯橡胶支座恢复力的耦合作用对一阶振型方向的支座峰值位移的影响程度逐渐增大;梁体的峰值地震响应的规范计算值大都高于实际值,故按照规范值进行铁路简支梁桥的隔震设计偏于安全。     

地震作用下桥梁梁体间的碰撞响应分析

以一座3×16 m简支梁桥为例,进行3种地震波作用下桥梁的地震响应分析,研究梁体间的碰撞对桥梁结构地震响应的影响。研究结果表明,结构的碰撞响应与输入地震波的频谱特性、桥梁本身的动力特性及碰撞单元特性密切相关。在强烈地震作用下,桥梁碰撞力相当大,最大达到结构自重的21倍。碰撞易发生在桥台与主梁接触部位,且次数频繁,但峰值较小,发生时间多在地震波能量最大时刻。碰撞力随碰撞弹簧刚度的增加而增大,但增加幅度逐渐变缓,梁间设置压缩刚度较小的缓冲材料,可降低梁间的撞击力。采用柔性连接时,碰撞的瞬间作用对梁跨轴力影响明显,对最大支座反力、墩底弯矩、剪力的影响不明显,说明柔性支座在碰撞瞬间作用向桥墩传递过程中,有“隔减”的效果。