广东金马大桥空间耦合自由振动分析的理论研究

基于大位移非线性弹性理论的广义变分原理,考虑了加劲梁轴向压缩应变能和剪切应变能的影响,建立了斜拉桥与T构协作体系空间耦合自由振动的大位移不完全广义势能泛函,通过约束变分导出了协作体系斜拉桥的加劲主梁的纵向振动、竖向挠曲振动、横向挠曲振动、扭转振动及加劲主塔的纵向振动及扭转振动的基础微分方程,并以数值计算验证推导的有效性.     

碰撞对山区高墩桥弹塑性动力响应的影响

为了研究碰撞对山区高墩桥动力响应的影响,以某一大跨度高墩桥体系为原型,充分考虑了碰撞过程中的刚度变化、能量耗散以及桥墩的非线性行为,基于OpenSess平台建立了两种典型桥跨结构的弹塑性动力分析模型.在此基础上,利用所选的天然地震波和人工地震波对比分析了碰撞效应对山区高墩桥弹塑性动力响应的影响.研究结果表明:碰撞会对高墩桥结构的动力响应产生较为明显的影响,特别是场地条件较差时,其最大改变率为15.86%,桥墩与主梁的连接方式会进一步改变碰撞对桥墩变形的影响程度;相邻结构动力特性差异越大,高墩桥体系发生碰撞的概率就越大,但碰撞次数的增加可能会对桥墩变形起到限制作用,降低桥墩的响应,在确定山区高墩桥体系相邻结构周期比时,既要考虑相邻结构动力特性差异对碰撞概率的影响,还应考虑其对碰撞效应的影响;高墩桥的梁-桥台碰撞主要受地震动作用大小的影响,地震动的强度和相邻结构动力特性的差异均会对梁-梁碰撞产生影响,在对高墩桥进行减撞防撞设计时,应针对不同的碰撞位置采取不同的措施.      

碰撞对山区高墩桥弹塑性动力响应的影响

为了研究碰撞对山区高墩桥动力响应的影响,以某一大跨度高墩桥体系为原型,充分考虑了碰撞过程中的刚度变化、能量耗散以及桥墩的非线性行为,基于OpenSess平台建立了两种典型桥跨结构的弹塑性动力分析模型.在此基础上,利用所选的天然地震波和人工地震波对比分析了碰撞效应对山区高墩桥弹塑性动力响应的影响.研究结果表明：碰撞会对高墩桥结构的动力响应产生较为明显的影响,特别是场地条件较差时,其最大改变率为15.86%,桥墩与主梁的连接方式会进一步改变碰撞对桥墩变形的影响程度;相邻结构动力特性差异越大,高墩桥体系发生碰撞的概率就越大,但碰撞次数的增加可能会对桥墩变形起到限制作用,降低桥墩的响应,在确定山区高墩桥体系相邻结构周期比时,既要考虑相邻结构动力特性差异对碰撞概率的影响,还应考虑其对碰撞效应的影响;高墩桥的梁-桥台碰撞主要受地震动作用大小的影响,地震动的强度和相邻结构动力特性的差异均会对梁-梁碰撞产生影响,在对高墩桥进行减撞防撞设计时,应针对不同的碰撞位置采取不同的措施.     

碰撞对山区高墩桥弹塑性动力响应的影响

为了研究碰撞对山区高墩桥动力响应的影响,以某一大跨度高墩桥体系为原型,充分考虑了碰撞过程中的刚度变化、能量耗散以及桥墩的非线性行为,基于OpenSess平台建立了两种典型桥跨结构的弹塑性动力分析模型.在此基础上,利用所选的天然地震波和人工地震波对比分析了碰撞效应对山区高墩桥弹塑性动力响应的影响.研究结果表明：碰撞会对高墩桥结构的动力响应产生较为明显的影响,特别是场地条件较差时,其最大改变率为15.86%,桥墩与主梁的连接方式会进一步改变碰撞对桥墩变形的影响程度;相邻结构动力特性差异越大,高墩桥体系发生碰撞的概率就越大,但碰撞次数的增加可能会对桥墩变形起到限制作用,降低桥墩的响应,在确定山区高墩桥体系相邻结构周期比时,既要考虑相邻结构动力特性差异对碰撞概率的影响,还应考虑其对碰撞效应的影响;高墩桥的梁-桥台碰撞主要受地震动作用大小的影响,地震动的强度和相邻结构动力特性的差异均会对梁-梁碰撞产生影响,在对高墩桥进行减撞防撞设计时,应针对不同的碰撞位置采取不同的措施.     

剪切效应梁单元刚度和质量矩阵的推导及应用

从工程梁理论中的梁位移微分方程出发直接推导出考虑剪切效应的空间梁单元的刚度矩阵,并从动力荷载的虚功原理出发推导出考虑剪切效应的其质量矩阵。编制了简单的有限元程序去验证,通过计算实例分别比较考虑剪切效应和不考虑剪切效应对结构固有频率的影响,结果表明在剪切系数较大时,不考虑剪切效应会引起较大的误差。     

移动荷载与土体中孔洞相互作用的2.5D边界元法分析

为了研究具有复杂表面的饱和土体与移动荷载相互作用机理,根据饱和土Biot理论,采用Fourier变换和势函数分解法,推导了饱和土体频域-波数内的Green函数;建立了移动荷载作用下,饱和土体中孔洞动力响应的频域-波数域内边界元法方程(2.5D boundary element methods);利用快速Fourier逆变换法,得到了时间-空间域内饱和土体的动力响应.研究结果表明:在频域内,利用移动荷载方向的一致性建立的频域-波数域内边界积分方程,可将3D空间问题转化为频域-波数域的2D平面问题, 3D边界元简化为2D边界元,使得计算面转换为计算线,减小了计算规模.      

车钩缓冲装置对轨道列车碰撞安全性的影响综述

从轨道列车车钩缓冲装置功能和失效原理、分类和标准、理论和应用与列车整体碰撞响应4个方面,梳理了近20年车钩缓冲装置在列车碰撞领域的研究方法和研究成果,总结了 4个方面研究的优缺点与未来亟待解决的问题;从列车碰撞动力学的角度,阐述了车钩缓冲装置在列车碰撞中的作用,及其在车辆系统整体设计中的地位;基于欧盟、美国、日本与中国...     

考虑轴力和剪切效应的盾构隧道纵向变形分析

采用傅立叶级数法研究了不同荷载作用下轴力和剪切效应对盾构隧道变形的影响.?计及剪切变形所产生的地基反力,建立了弯曲变形的控制微分方程,推导了剪切变形的计算公式;采用与既有理论解对比的方法,验证了级数解的正确性;通过对比计算,分析了截面形式、端承条件、荷载形式、长高比以及有无弹性地基对盾构隧道剪切变形的影响,剪切刚度对弯...     

随机地震激励下高墩桥梁碰撞可靠度分析

为了研究不同地震动强度作用下高墩桥梁的碰撞可靠度的不同,在频域范围内提出了一种以虚拟激励法为基础的动力可靠度计算方法,依托某高墩大跨度桥梁为工程背景,分析了高墩桥梁在不同地震强度下的碰撞可靠度.选择反应谱的水平加速度作为地震强度衡量指标,且将不同强度指标的反应谱转化为相应的功率谱;利用虚拟激励法求解随机振动方程,得到结构响应的均值与均方差值,再基于Davenport理论获得结构峰值响应的期望和标准差;根据首次超越理论计算梁体碰撞可靠度.研究表明:地震动加速度小于0.22g时,梁体之间不发生碰撞,动力可靠度为1.0;加速度大于0.22g时,梁体碰撞动力可靠度下降明显,即在强震作用下,梁体发生碰撞.      

基于正交试验的螺纹剪切系统参数优化设计

为获得螺纹剪切碰撞吸能系统的最佳尺寸,以达到碰撞设计要求,应用正交试验设计方法,以螺纹高度、螺纹宽度、剪切高度及螺距这4个尺寸参数为设计变量.每个设计变量选取4个设计水平,对螺纹剪切系统的16种参数组合进行了碰撞仿真实验,并分析了实验结果.分析结果表明,剪切高度对评价指标有显著影响.仿真实验结果表明,所选的螺纹剪切系统结构最优参数组合满足碰撞设计要求.     

基于可靠度的桥梁构件三维地震易损性分析

为了评估桥梁结构近场抗震性能,建立了桥梁构件的三维地震易损性分析流程. 基于工程结构可靠度理论,用构件三维失效曲面表征墩柱、支座构件的损伤状态,将包含多个单一损伤指标的损伤状态方程作为三维地震易损性分析的损伤指标;其次在既有墩柱弯曲和剪切失效曲面研究的基础上,构建了墩柱弯曲和剪切破坏的损伤状态方程;并基于支座地震损伤的相对变形,建立了支座损伤状态的方程. 在此基础上,构建了墩柱和支座三维地震损伤状态的判别准则,并对不同损伤状态进行了量化. 结合各国桥梁抗震设计规范和工程结构可靠度理论,最后实现了三维地震易损性的计算分析. 通过一维地震易损性的简化验证,表明所提方法可用于桥梁结构的地震易损性分析中,并且所得结果与PSDA （probabilistic seismic demand analysis）法的最大概率偏差小于4%.      

运河桥梁防撞设计的几个关键问题探讨

京航运河行船和桥墩相撞的事故时有发生,造成严重的人员生命和财产损失,对运河桥梁实施安全防护势在必行。为了合理设计运河桥墩防船舶碰撞设施,该文在相关研究和应用成果的基础上,分析探讨了防撞设施的设计原则、布局规划、最大撞击力的计算方法和船舶设计碰撞速度、设计碰撞角度以及水动力影响系数等关键问题,可供今后设计运河桥墩的防撞设施参考。     

地震动入射角对空心薄壁高墩桥梁地震易损性的影响

为了充分评估空心薄壁高墩大跨桥梁结构的抗震性能, 以中国西部某四跨高墩刚构-连续组合体系桥梁作为研究对象, 基于三维地震易损性分析方法, 计入竖向地震动的影响, 结合现行桥梁抗震设计规范, 采用增量动力分析方法讨论了水平地震动入射角对桥梁构件地震易损性的影响; 依据一阶可靠度理论分析了地震动入射角对桥梁结构系统易损性的影响规律。研究结果表明: 2^#、3^#刚构桥墩的弯曲和剪切易损性云图与1^#、4^#悬臂墩的弯曲和剪切易损性云图差异明显, 桥墩弯曲和剪切的地震易损性不仅与地震动入射角有关, 还与桥墩结构形式有关; 支座在轻微损伤、中度损伤、重度损伤及完全损伤状态下的损伤概率分布相似, 地面峰值加速度为0.4g时, 最大损伤概率的地震动入射角为0°和180°, 当地面峰值加速度大于0.6g时, 轻微损伤和中度损伤的最不利入射角为0~180°, 支座变形的最不利地震动输入方向主要为纵桥向和横桥向。由此可见, 各关键构件的不同损伤指标下的损伤概率随地震强度、方向变化的规律各不相同; 不同损伤指标下系统及各构件的最不利地震动入射角及其区间数量和范围也各不相同; 仅讨论纵桥向或横桥向构件地震易损性不能合理评估桥梁结构的实际抗震需求, 采用三维地震易损性分析方法能准确定位最不利地震动入射角, 实现高墩大跨桥梁结构抗震性能的准确评估。     

基于绕射理论的大尺度桥墩波浪力计算方法

为拓展MacCamy绕射理论在大尺度桥墩波浪力计算方面的适用性,采用数值与解析相结合的方法对大尺度桥墩波浪力的计算模式进行了研究.首先基于数值方法研究了波浪作用下截面尺寸及截面形状对桥墩惯性力系数的影响;然后引入绕射系数对Morison方程进行修正,提出了能够适用于大尺度结构物波浪力计算的修正Morison方程.研究结果表明:相比圆截面桥墩而言,方形截面桥墩的惯性力系数值下降更快,大尺度效应更加明显;通过引入绕射系数修正后的Morison方程用于计算大尺度圆形桥墩波浪力后与数值解更接近;纵向尺寸取0.2倍波长时能较好的计算大尺度方型桥墩波浪力.      

浅谈花瓶墩的设计与计算

以实际桥梁工程引桥为例,介绍花瓶墩的设计与计算过程,并根据花瓶墩的受力特点,着重对这种类型桥墩的横桥向应力进行详细的计算和分析,结果表明,墩顶横桥向拉应力较大,需加强配筋;桥墩剪应力较小,仅需按构造配筋。     

高墩曲线桥梁地震碰撞响应分析

在强烈地震作用下,巨大的碰撞力能导致支座破坏甚至落梁,目前,对于桥梁伸缩缝碰撞研究较少,尤其对于高墩曲线梁桥,其碰撞方向不确定,碰撞行为更复杂。文中讨论高墩曲线桥两联问的碰撞分析动力模型的建立方法,采用时程分析法,针对墩高、曲率半径、伸缩缝间隙、临梁周期比等参数对碰撞响应的影响规律进行分析,讨论产生碰撞的最不利情况。     

崇启大桥运营期船撞风险评估

桥梁运营期的船撞风险已逐渐成为桥梁工程面临的尖锐问题之一,因此对桥梁运营期的船撞风险进行风险评估具有重要意义.结合崇启通道工程,运用AASHTO指南方法对崇启大桥运营期各桥墩年船撞概率及年倒塌概率进行计算,对崇启大桥运营期的船撞风险进行了评估.崇启大桥运营期总体船撞风险评估等级为三级,属于中等风险水平.需要工程建设参与方以及运营管理方引起足够重视,采取防范、监控措施.     

城市桥梁被车辆撞击后损伤分析

通过研究城市桥梁中当桥墩在重型车辆撞击下的受力状态及车-桥的碰撞机理,采用有限元软件ABAQUS对3种不同车速车辆垂直撞击桥墩的情况进行了模拟分析。分析表明:桥墩被撞击位置处的应力先随时间的增加而增大,达到最大值时,既又随之减小,符合混凝土的弹塑性破坏;并且车速越大,桥墩局部达到的应力及位移也越大。     

桥墩防撞装置评述

阐述了船舶撞击桥墩的危害性及桥墩防护的必要性,对桥墩的防撞装置进行了系统的分类和评述,总结目前国内外桥墩防撞装置的优缺点,并给出了关于防撞装置的两种设计思路.     

深水桥墩地震响应研究现状与展望

分析了地震激励下水-深水桥墩动力相互作用, 总结了动水压力作用机理、地震动水压力的计算方法和水-结构动力相互作用分析方法, 研究了深水桥墩地震响应特征和影响因素以及水下振动台试验进展, 并对比了各国规范中动水压力计算方法。研究结果表明: 动水压力降低桥墩自振频率, 增大桥墩地震响应, 其影响在桥梁的抗震设计中不可忽略; 现有研究采用的桥墩形式较为简化和单一, 建议开展更多以桥墩体系、桥梁体系为对象的深水桥梁地震响应研究; 对于地震作用下动水压力计算, 目前各国规范多基于Morison方程, 但对其适用范围尚不明确, 应深入研究Morison方程的适用范围、修正方法与准确便捷的地震动水压力计算方法; 目前水下振动台试验大多集中在动水压力对桥梁下部墩桩地震响应的影响上, 响应大多在弹性范围内, 应进一步研究在大震作用下深水桥墩的非线性响应与破坏模式; 目前针对深水桥墩在地震和波浪联合作用下的动力响应研究较少, 应深入研究在地震、波浪、海流联合作用下深水桥墩与水的相互作用机理; 目前缺乏对全桥结构的地震响应研究, 应开展深水桥梁全桥分析与多子台水下振动台试验。