银川滨河黄河大桥工程主桥结构体系研究

银川滨河黄河大桥主桥采用三塔双索面组合梁自锚式悬索桥,跨径布置为(88+218+218+88)m。桥址处地震基本烈度Ⅷ度,设计基本地震动加速度峰值为0.26g。为解决中、边塔在静动力荷载下的响应过大问题,需要选择合理的纵横向结构体系。对此三塔自锚式悬索桥塔、梁、墩的合理连接方式进行研究,结构纵向针对漂浮、塔梁固定约束、弹性索约束、阻尼体系等进行力学特性分析;横向对固定约束、阻尼体系进行对比分析。经综合比选,纵向采用中塔设置粘滞阻尼器,其余塔墩处纵向自由,横向各塔墩处设置金属阻尼器的双向阻尼体系,可有效地控制结构静动力响应。     

公轨两用大跨度斜拉桥纵向减震体系优化

为研究公路与跨座式单轨交通两用钢桁梁斜拉桥的合理减震约束体系,以牛田洋大桥为工程背景,利用ANSYS建立有限元模型,并采用时域显式降维迭代法,在考虑纵向活动支座动力特性基础上分析纵向无约束、弹性索、粘滞阻尼器及速度锁定装置等4种减震体系的结构静动响应和粘滞阻尼器4种墩塔处布设方案的减震效果,优化粘滞阻尼器参数;分析跨座式单轨交通列车制动力及行车振动对粘滞阻尼器参数的影响,计算粘滞阻尼器行程。研究表明:无约束体系地震位移响应最大,弹性索体系塔底弯矩最大,速度锁定装置体系位移最小但塔底弯矩较大,粘滞阻尼器体系塔底弯矩最小,位移响应较小,耗能作用最好;仅主塔处设置粘滞阻尼器时减震费效比最高,主塔及辅助墩均设置阻尼器时减震效果最优;当阻尼系数c=3 500～5 000kN·(m/s)~(-α)和速度指数α=0.3～0.5时减震效果较优;大跨径公轨两用钢桁梁斜拉桥可设计合适的支座静摩擦系数抵抗跨座式单轨交通列车的制动力,粘滞阻尼器参数选取可不考虑列车制动的影响;阻尼器速度指数α宜适当取高值,以减少列车过桥时参与工作;粘滞阻尼器行程需按动、静作用分别考虑。     

跨海超大跨悬索桥适宜结构体系研究

悬索桥因其较大的跨越能力以及优美的造型，常常被应用于跨海跨江工程中。本研究以跨越茅尾海的龙门大桥为研究对象，提出了采用设置外伸跨的地锚式悬索桥结构体系，主桥钢箱梁向两侧引桥各延伸50 m,同时取消了主塔中受力复杂、施工工艺繁琐、后期运营易开裂的中横梁，并且在过渡墩处设置竖向支座、纵向阻尼器和新型横向减震耗能抗风支座，形成全飘浮体系单跨吊钢箱梁悬索桥。研究结果表明，设置外伸跨可以有效减小结构地震响应，增大竖向转动刚度，使得行车更加平顺，是一种较为有效的结构形式；纵向阻尼器和新型横向减震耗能抗风支座的设置进一步减小了结构在地震作用下的动力响应，提高了悬索桥的抗震性能。本研究结果可为其他类似桥梁的设计提供参考。     

主跨460m协作体系斜拉桥约束体系研究

巢湖大桥采用主跨460 m协作体系斜拉桥体系,跨径布置为(54+216.5+460+216.5+65+55+55)m,采用钢-混凝土组合梁,"人"字形混凝土主塔,拉索采用空间扇形拉索布置,主塔采用哑铃形承台,辅助墩及边墩采用分离式承台,基础采用钻孔灌注桩形式。现对巢湖大桥的竖、顺、横向约束体系进行比选研究,最终确定竖向塔梁间采用"0"号索、顺向塔梁间采用固定支座+黏滞阻尼器限位装置、横向边墩处采用摩擦摆式减隔震支座的全桥约束体系,以改善全桥结构在静力及地震作用下结构受力,获得相对最优的结构静动力力学性能,减小全桥材料用量,提高工程经济性。     

塔梁连接方式对多塔悬索桥地震反应的影响

悬索桥塔梁间的连接方式对其静力和动力响应具有很大的影响,采用不同的塔梁连接体系以及设置不同性能的纵向约束装置,都会对悬索桥地震作用下的内力和位移产生不同的效果。作为大跨度的桥梁典型形式,对悬索桥进行抗震性能的研究十分重要。以某多塔悬索桥为背景,建立了桥梁的空间动力模型,对模型进行非线性时程计算,研究了中塔与梁体的连接方式对多塔悬索桥地震反应的影响,总结了黏滞阻尼器的减震效果及其参数对多塔悬索桥地震响应的影响规律。通过对比不同塔梁连接方式的地震反应,提出了多塔悬索桥塔梁间的合理连接方式和黏滞阻尼器设计参数。结果表明:中塔固接体系多塔悬索桥的梁端位移可以得到有效控制,但其中塔受力最为不利。对于中塔固结、边塔设置阻尼器的体系,随着阻尼系数增加,主梁位移减小趋势减缓,阻尼器参数应参照造价、效益综合选择。中塔放开,边塔设置阻尼器体系与全阻尼器体系响应基本一致,在保证结构安全的情况下,可适当考虑中塔处放开,依靠边塔阻尼器和纵向滑动支座来限制主梁位移。对于中塔固接、边塔设阻尼器体系,当阻尼器参数较小时,减震效果不明显,主要依赖中塔固接来限制梁端位移。阻尼器参数的合理取值也受到结构自身刚度的影响。     

地震中斜拉桥支座脱空现象及控制方法研究

为了探讨地震作用下斜拉桥支座脱空现象及其对结构地震响应的影响,分析支座脱空的影响因素。根据一座独塔斜拉桥建立考虑支座脱空的全桥三维非线性有限元模型,以7条实际地震动作为地震输入,采用非线性时程方法研究地震作用下斜拉桥支座脱空现象及其效应,探讨塔梁间纵向设置黏滞阻尼器和墩梁间竖向设置抗拉装置这2种方式对支座脱空的控制效果。结果表明:在纵向地震作用下,支座脱空后梁端产生了较大的竖向位移,当梁体与支座再次接触时会产生较大碰撞力;支座脱空对结构整体地震响应的影响不大,如墩底弯矩、塔柱弯矩、梁端纵向位移等受支座脱空的影响较小;竖向地震动对支座脱空影响明显,考虑竖向地震动后,在输入地震波地面加速度峰值PGA较小时可能产生支座脱空现象;对于背景工程,仅在塔梁纵向设置黏滞阻尼器不能达到支座脱空的控制目标;在墩梁竖向设置抗拉装置能满足要求,但抗拉装置的弹性刚度和拉力均较大;黏滞阻尼器和抗拉装置联合使用可以优化抗拉装置参数,满足支座脱空控制目标时对应的抗拉装置弹性刚度和拉力均大幅度减小。     

河口黄河大桥减隔震措施研究

河口黄河大桥主跨360 m,为我国Ⅷ度及以上地震区最大跨度的斜拉桥,桥塔设计受抗震控制,需采取合理的减隔震措施保证结构的安全和经济性。介绍了河口黄河大桥的地震非线性时程分析方法,重点分析对比了不同参数下塔梁弹性约束和使用液体黏滞阻尼器两种隔振体系的结构响应。结果表明,相对于塔梁弹性约束体系,设置液体黏滞阻尼器对减少本桥地震效应更为有效,其研究成果对同类大桥的设计与计算工作具有一定理论指导作用。     

千米级斜拉桥横向减震体系振动台试验

工程中常采用的斜拉桥横向固定体系会增大桥墩、桥塔及其基础的抗震需求，从而增大斜拉桥在地震作用下的损伤破坏风险。为解决这一问题，以已研发的桥梁新型横向钢阻尼器为减震耗能装置，采用振动台试验方法，研究大跨度斜拉桥横向减震体系在近、远场地震作用下的减震效果。以苏通大桥为背景，设计1/35几何相似比的斜拉桥全桥试验模型，并分别进行横向减震体系和传统的横向固定体系的振动台试验。其中，将钢阻尼器与滑动型球钢支座并联布置于桥墩处、钢阻尼器布置于桥塔处形成横向减震体系。基于试验结果进行减震体系的减震行为分析。研究结果表明：在近、远场地震作用下，减震体系均能显著地减小主梁传递给桥墩和桥塔的地震力，其中墩梁、塔梁连接横向传力均减小50%以上，且将主梁位移限制在可接受范围内；减震体系也显著减小了塔身位移、曲率以及墩底曲率需求，其中，塔底截面曲率平均减小了34%，近塔辅助墩墩底曲率平均减小了67%；钢阻尼器拥有饱满的滞回曲线，但其滞回特性与地震输入有关；相对于支座的摩擦耗能，钢阻尼器的耗能能力更显著；在带有速度脉冲的近场地震作用下，钢阻尼器以及支座的位移响应具有明显的脉冲特点。     

定海大桥非线性黏滞阻尼器参数研究

以一座V形墩连续刚构桥为工程背景,研究非线性黏滞阻尼器的设置对该桥梁抗震性能的影响。建立有限元计算模型,采用非线性动力时程法分析阻尼参数,讨论黏滞阻尼器在桥梁的设置位置,并与未设置阻尼器的桥梁地震响应情况进行对比。结果表明:通过在桥梁上设置非线性黏滞阻尼器后,合理选择黏滞阻尼器的位置和参数,可有效降低桥梁关键结构在地震作用下的位移变形和内力响应,提高桥梁的抗震性能。     

高烈度区大跨斜拉桥横向约束方案优化分析

为了确定强震作用下斜拉桥的合理横向抗震约束体系,以可克达拉大桥为工程背景,采用非线性时程分析法,分析了4种横向约束体系即横向滑动体系、全限位体系、位移相关型减震体系和速度相关型减震体系对强震区大跨度桥梁地震响应的影响,重点对钢阻尼器的屈服荷载和黏滞阻尼器的位置及相关参数进行优化分析,并与其他体系的地震响应进行了对比。结果表明:在强震作用下,对于大跨度桥梁,横向滑动体系和全限位体系均不是理想的抗震体系;而在墩、梁之间设置减隔震装置可以显著减少横桥向的墩梁相对位移及地震剪力和弯矩;桥塔底的地震剪力和弯矩对减震装置参数的变化不敏感。     

超大跨度斜拉桥的横向约束体系

为了确定超大跨度斜拉桥的合理横向抗震约束体系,以苏通长江公路大桥为研究对象,采用非线性时程分析方法,分析了3种边墩、梁横向约束体系即横向滑动体系、全限位体系和减隔震体系(流体黏滞阻尼器连接体系)对超大跨度斜拉桥地震反应的影响,重点研究了阻尼器的合理设置方式及阻尼器参数。结果表明:对于超大跨度斜拉桥,横向滑动体系和全限位体系均不是理想的抗震体系;而在边墩、梁之间设置横向流体黏滞阻尼器可以显著减小边墩的横向内力以及梁端的横向位移,流体黏滞阻尼器应分散设置在各边墩上。     

河口大桥液体黏滞阻尼器参数分析

河口大桥主跨360m,为我国地震烈度8度及以上地震区域跨度最大的斜拉桥,设置液体黏滞阻尼器,对于半漂浮体系的斜拉桥是一种十分有效的消能减震装置。本文介绍了河口大桥液体黏滞阻尼器的设置形式,重点对比分析了阻尼系数C和速度指数α两参数不同情况下结构关键部位的变形和内力效应,并优化了液体黏滞阻尼器的相关参数。计算成果表明,通过对液体黏滞阻尼器阻尼参数的优化,可使地震作用下结构的相对位移和地震力有效降低,并使桥梁的抗震安全性提高。     

特大跨斜拉桥横向抗震设计方案研究

针对大跨度斜拉桥在高烈度横向地震作用下的抗震分析,就现今工程中常用到的添加挡块、金属阻尼器、黏滞阻尼器这3种减震设计方法,以某特大跨铁路斜拉桥为工程背景,基于MIDAS Civil建立了三维有限元动力弹性模型,分析了桥梁结构的动力特性;通过采用3种参数化后的方案与梁墩横向自由边界条件下的对比分析,研究了满足横向极限位移控制条件下,3种设计方案的结构地震响应特点;另外针对黏滞阻尼器和金属阻尼器减震方案,对2种阻尼器组合和布设方案进行了局部优化。研究结果表明：增设挡块减震方案要比采用阻尼器减震方案的墩塔底部内力大,采用黏滞阻尼器设计方案的减震效果最好;经过综合比较后,推荐采用组合1方案（过渡墩和辅助墩的左右侧分别设置金属阻尼器、液体黏滞阻尼器）用于铁路大跨斜拉桥。     

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。     

墩高对高烈度区连续梁桥抗震体系的影响

为研究桥墩高度对高烈度区连续梁桥抗震体系的影响，确定不同抗震体系的墩高适用范围，以黄茅海西引桥60 m连续梁桥为工程背景，进行了不同墩高下的约束体系对比分析，并在中间墩墩梁固结体系的基础上进一步分析了过渡墩约束体系对地震响应的影响。结果表明，当墩高较低时，减隔震体系地震响应明显小于墩梁固结体系，减隔震体系优势较大；随着墩高的增加，桥墩刚度减小，桥梁的自振周期增加，墩梁固结体系的地震响应逐渐减小，减隔震体系的优势减小。因此，建议墩高相对较矮时采用减隔震体系，墩高较高时采用墩梁固结体系。由于过渡墩设置减隔震支座可明显减小横向地震作用下结构内力，且不会大幅增加纵向地震响应，因此采用中间墩墩梁固结体系时，仍然可以考虑在过渡墩位置设置摩擦摆减隔震支座进行减隔震设计。     

基于模糊逻辑的异形拱塔斜拉桥黏滞阻尼器参数优化研究

为研究黏滞阻尼器参数对异形斜拉桥抗震性能的影响及该黏滞阻尼器的参数优化,以某蝴蝶兰异形拱塔斜拉桥为对象,建立全桥三维有限元模型,结合模糊逻辑控制方法,研究在地震作用下35种工况组合的阻尼系数C与速度指数α对该桥抗震性能的影响。研究结果表明:在塔梁交接处设置一个纵向黏滞阻尼器后,该桥关键位置地震反应明显减小;变化规律为:随阻尼系数的增大,塔顶位移及塔底弯矩均减小;随速度指数的增大,塔顶位移及塔底弯矩均增加;经Matlab模糊逻辑优化得出:在阻尼系数C取4500 kN·(s/mm),速度指数α取0.2时,塔顶位移及塔底弯矩综合平衡减震效果达到最佳。     

强震区混凝土主梁斜拉桥减隔震体系设计

依托永宁黄河大桥,探讨了在强震条件下大跨度钢筋混凝土主梁桥梁的地震响应规律与合理抗震体系设计,指出应对该类桥梁应采取必要的减、隔震设计以改善结构的受力。在纵桥向,提出采用大吨位黏滞阻尼器的减震方案,并容许较大的主梁位移;在横桥向,针对塔梁横向连接提出了弹性索+黏滞阻尼器的减、隔震设计,墩梁连接则采用屈曲约束支撑的减震方案。建立结构三维非线性有限元模型,通过非线性地震时程分析,验证了采用减、隔震设计的必要性以及所提出的减、隔震设计方案的有效性,进而通过参数敏感性分析,给出了各减、隔震措施的具体设计参数并已用于实桥工程。     

基于盆式支座与黏滞阻尼器的某大跨度斜拉桥减震研究

以一座大跨度斜拉桥为研究对象,用Midas Civil软件建立其全桥三维有限元模型。针对其在E2地震作用下位移超过限值问题,提出在桥墩与上部结构间布置盆式支座+黏滞阻尼器的减震方案,对黏滞阻尼器阻尼指数进行优化分析,得到最优阻尼指数,进一步对其位移及内力进行了减震效果分析。分析结果表明,主墩支座位移从596mm降至216mm,最大减震效果达63.8%,满足规范要求;在主跨部分布置盆式支座和黏滞阻尼器对其他跨桥墩墩底弯矩也有一定降低效果,两者耗能特性得到充分发挥,能够有效降低结构的地震响应,证明了盆式支座+黏滞阻尼器减震方案的合理性和可行性。     

白沙长江大桥横向抗震体系研究

白沙长江大桥是一座塔墩梁固结的主桥长为920 m的双塔独柱式混合梁斜拉桥.为了研究其辅助墩和过渡墩处横桥向的合理约束体系,分别在横向自由、横向约束、过渡墩约束及辅助墩约束4种约束体系下进行时程分析,研究斜拉桥在不同横向约束体系下的地震响应特点,针对混凝土刚性挡块和粘滞阻尼器减震体系分析不同参数对抗震性能的影响.结果表明:采用混凝土刚性挡块对同时减小各墩的横向地震响应作用较小;采用粘滞阻尼器体系可以有效减小各墩的横向地震响应,以及墩梁相对位移.     

大跨高墩刚构与低墩连续组合桥梁纵向抗震结构体系分析

为研究横跨U形深峡谷地带桥梁纵向抗震结构体系,以高烈度区的某150m高墩连续梁桥结构体系为背景,建立了三维空间有限元模型,研究了不同类型墩梁约束结构体系的抗震性能,确定了高墩刚构+低墩连续组合桥梁结构。以桥梁关键截面内力响应和梁端位移为比选阻尼器参数评价指标,确定了梁端黏滞阻尼器参数,研究了高墩大跨度连续刚构桥梁端设置纵向阻尼器的减震效果。研究结果表明,在横U形深峡谷地带修建连续梁桥,适宜选用高墩刚构与低墩连续组合桥结构体系,且在桥梁端设置黏滞阻尼器,墩底纵向弯矩、梁端位移、墩梁相对位移等得到了有效地控制,确保了高烈度区高墩大跨度连续梁桥的抗震安全性。