大跨度三塔斜拉桥纵向约束体系设计研究

针对三塔斜拉桥温度效应显著、整体刚度不足的特点,以黄茅海大桥[主桥为(100+280+720+720+280+100) m独柱塔双索面三塔斜拉桥,采用分体钢箱梁]为背景,采用非线性时程分析方法,对比分析不同纵向约束体系下斜拉桥的静、动力响应。结果表明:中塔通过设置弹性索实现弹性约束,单侧弹性约束刚度6.5×10~5 kN/m,可起到塔梁固结的效果;在中塔采用弹性约束基础上,边塔采用纵向放松体系,每个边塔设置4个粘滞阻尼器[阻尼系数C为2 500 kN/(m/s)~α,速度指数α为0.3],明显改善了斜拉桥的静、动力响应;采用的中塔设置弹性约束-边塔设置阻尼器的组合结构体系,与全飘浮体系相比,梁端最大位移减小69%,边、中塔塔底弯矩分别减小40%、15%,与中塔固结体系相比,地震作用下组合结构体系梁端位移减小44%,中塔塔底弯矩减小51%,边塔塔底弯矩变化幅度较小,该组合结构体系合理。     

基于多点激励的跨断层斜拉桥地震响应比较

采用多点激励方法对跨断层斜拉桥地震响应进行分析,并与断层两侧不同地震采用一致激励得到的地震响应进行比较,得出结论和建议:断层对于斜拉桥的塔梁间相对位移、索塔轴力的影响最大,对塔底弯矩的影响相对小一些,对塔底剪力的影响最小;在进行跨断层斜拉桥设计时,断层对索塔的弯矩和塔梁间相对位移的影响不能忽略,建议在塔梁间设置阻尼器或采用减隔震基础形式,以优化跨断层斜拉桥塔梁间相对位移及索塔弯矩。     

伸缩缝间隙及纵向阻尼器对斜拉桥的碰撞影响

针对目前国内关于斜拉桥伸缩缝间隙对斜拉桥地震响应影响规律的研究还不够深入和全面,以九江斜拉桥为分析对象,建立碰撞分析模型,不仅较为系统地分析了伸缩缝间隙对斜拉桥与引桥之间碰撞响应的影响规律,而且研究了伸缩缝间隙对斜拉桥关键截面内力和梁端纵向位移的影响情况,并与设置纵向阻尼器后的情况进行了对比分析.研究表明:伸缩缝间隙不仅对伸缩缝处的碰撞响应有较大影响,而且对引桥固定墩墩底弯矩、塔底弯矩及梁端纵向位移响应也有一定影响.设置纵向阻尼器不仅可以有效降低伸缩缝处的碰撞响应,而且对控制斜拉桥主桥关键截面的内力和位移响应均有较好的效果,是一种比较理想的斜拉桥减震措施.     

全飘浮体系斜拉桥斜置阻尼约束体系研究

芜湖长江公路二桥主桥为主跨806m双塔四索面全飘浮体系斜拉桥。为了改善其纵、横向抗震性能,提出斜置阻尼约束体系,并给出斜置阻尼约束体系的参数设计流程。采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型,采用非线性时程分析方法计算斜置阻尼器的参数,并分析该桥在塔梁横桥向自由、铰接及设置斜置阻尼约束体系3种不同约束体系下的地震响应。结果表明:采用斜置阻尼约束体系后,该桥的塔梁相对位移、塔底剪力和塔底弯矩均大幅降低,斜置粘滞阻尼约束体系对桥梁纵、横向地震响应均有很好的控制效果。     

低重心斜拉桥地震响应特性研究

从地震作用下主梁和桥面系水平惯性力的传递路径出发,建立主梁和桥面系水平惯性力传递路径模型,分析其对塔底弯矩的影响规律,提出低重心斜拉桥的概念,对比分析低重心斜拉桥与常规斜拉桥的异同。以一典型的低重心斜拉桥——济南黄河三桥为对象,对比分析该桥与常规斜拉桥的区别,研究不同结构体系对低重心斜拉桥地震响应的影响。     

近断层多脉冲地震动作用下斜拉桥地震响应特征分析

为确定近断层多脉冲地震动的水平最强能量方向对大跨斜拉桥地震响应的影响,以港珠澳大桥青州航道桥(主跨458m双塔双索面钢箱梁斜拉桥)为背景,采用LS-DYNA程序建立全桥有限元模型,将利用多脉冲小波分析方法提取的地震动(PS类,对应水平脉冲能量最大方向上的地震动)和相应的原始记录地震动(RS类,对应地震动2个水平分量中峰值加速度较大的分量)分别沿顺桥向输入,分析桥塔、桥墩、斜拉索的位移和内力响应特征。结果表明:PS类地震动作用下,该桥塔顶纵向位移和墩顶纵向位移特征值比RS类地震动作用下分别提高35%、23.53%,塔底横向弯矩、墩底横向弯矩、墩底纵向剪力特征值比RS类地震动作用下分别增大6.92%、5.79%、14.16%;2类地震动作用下,塔底纵向剪力和斜拉索索力特征值相差不大。     

基于虚拟激励法的大跨径斜拉桥随机地震效应主塔力学响应特征

为探究斜拉桥主塔在随机地震下的空间效应力学行为,以某大跨径斜拉桥为研究对象,基于虚拟激励法,分别对行波效应、相干效应及局部场地效应下主塔受力规律进行对比分析.研究表明:行波效应下主塔根部弯矩有一定程度降低,但控制截面剪力和轴力有所增大,且行波效应受视波速影响明显;基于Q WW相干模型时,主塔根部弯矩、剪力及顺桥向位移均...     

独塔斜拉桥的抗震分析及减隔震措施研究

对于大跨径斜拉桥,抗震计算涉及的因素较多,需要根据其自身特点,进行专项研究,以昆阳路闵浦三桥为研究对象,分别采用反应谱法和时程分析法对半飘浮体系独塔斜拉桥的结构地震响应进行对比分析,选取合适的地震波和阻尼参数。在E2地震作用下,采用时程分析法分别对塔梁间纵向约束支座剪坏前后两种不同的受力体系进行分析,结果表明,对支座剪坏前的纵向约束体系,主塔支座承受较大的水平力,而对支座剪坏后的纵向活动体系,主塔塔顶位移和主梁梁端的纵向位移均较大。针对大跨度独塔斜拉桥桥型方案特点,采用减隔震组合体系,不仅可大幅降低塔底纵向受力,同时可将塔顶和梁端的纵向位移控制在合理范围之内,是理想的抗震约束体系。     

近远场地震作用下斜拉桥有无辅助墩静动力响应

为探究近场与远场地震作用下双塔斜拉桥静动力响应随有无辅助墩的变化关系,以某公路斜拉桥为研究对象,首先建立其有辅助墩和无辅助墩有限元模型,其次改变辅助墩高度,基于该斜拉桥的场地条件选择近场与远场地震作用,最后探究近场与远场地震作用下有辅助墩与无辅助墩的静力稳定性与动力响应。研究表明:有辅助墩可增加斜拉桥整体刚度及稳定性,刚度随辅助墩高的增加而略有降低,对纵漂和稳定性系数影响不大,对横弯、竖弯以及扭转较大;近场地震作用下位移响应和内力响应均大于远场地震作用下位移响应和内力响应,且在X+Z工况下的塔顶纵向位移与尾索轴力要大于Y+Z工况下的塔顶纵向位移与尾索轴力,但塔底弯矩却受横向地震作用影响较大;有无辅助墩的主梁弯矩图沿主梁的变化规律整体上保持一致,但仔细分析可知,设置辅助墩,可显著减小主梁弯矩,边跨弯矩可减小41.2%,中跨弯矩减小了8.3%,主梁挠度和索塔变形也随之减小。     

云南双河特大桥纵向抗震体系研究

以主跨320m的云南双河特大桥为工程背景,采用非线性时程分析方法,基于塔梁弹性约束体系和粘滞阻尼体系的减隔震机理,优选塔梁间弹性约束装置和阻尼器关键参数,对比分析了弹性约束体系、粘滞阻尼体系及其组合体系的减震效果,探讨了强震作用下西部山区高低塔组合梁斜拉桥的合理纵向抗震体系。结果表明:阻尼约束体系减震效果优于弹性约束体系和组合体系,可有效控制梁端纵向位移,同时减小塔底剪力和弯矩;弹性约束体系虽然对梁端纵向位移有一定的控制作用,但塔底剪力和弯矩随之增大,且矮塔内力及其增幅大于高塔,增加了高低塔受力的不均匀性。     

近断层脉冲型地震动作用下大跨斜拉桥的地震响应特征分析

以一座双塔双索面半飘浮体系大跨度斜拉桥为工程背景,计算分析了纵向+竖向和横向+竖向激励下近断层脉冲型地震动、近断层非脉冲型地震动和远场地震动对大跨斜拉桥地震响应的影响.结果 表明:近断层脉冲型地震动、近断层非脉冲型地震动和远场地震动作用下,大跨斜拉桥主塔和主梁的地震响应规律基本相同;近断层脉冲型地震动对大跨斜拉桥主塔和...     

年温差对采用拉索减震支座斜拉桥抗震性能影响分析

通过建立六塔斜拉桥的有限元分析模型并考虑温度改变引起的不同支座位移的各种工况,对多塔斜拉桥结构地震响应影响进行温度敏感性分析。研究表明,拉索减震支座能够在小幅度提高墩底剪力的前提下有效减小地震作用下墩、梁之间的相对位移。年温差作用引起的支座位移会导致多塔斜拉桥各桥墩的抗震需求差异明显,出现部分桥墩内力过大,而其他桥墩的抗震能力未能得到充分利用的情况。随着年温差的增大,各桥墩上的地震剪力分配越不均衡,部分桥墩受力不利的情形亦更加严重。     

多跨斜拉桥双钢管-混凝土组合结构桥塔静力与抗震研究

为研究双钢管-混凝土组合结构桥塔在多跨斜拉桥中的应用,以一座7塔8跨斜拉桥模型为背景,对双钢管-混凝土组合结构桥塔的静力及抗震性能进行分析.采用极限状态设计法检验桥塔的安全性,在中等强度地震波和超强地震波作用下,通过比较桥塔横梁处主梁在纵向可移动连接、线弹性连接及双线弹性连接3种支承条件下的地震响应评估桥塔的抗震性能.分析结果表明:隔跨布置活载引起的主梁及桥塔弯矩大于满跨布置荷载引起的主梁及桥塔弯矩;桥塔越高产生的位移和弯矩越小;塔顶响应和塔底弯矩在可移动支承条件下最大,在双线弹性连接条件下最小.双钢管-混凝土组合结构桥塔适用于多跨斜拉桥,主梁与桥塔横梁处采用双线弹性连接方式,桥塔的抗震性能最好.     

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。     

土-桩-结构相互作用对砼自锚式悬索桥地震响应的影响研究

土-桩-结构相互作用是桥梁结构抗震研究中的难点,针对砼自锚式悬索桥进行土-桩-结构相互作用研究有助于该类结构的抗震设计及推广应用。文中利用有限元软件分别建立塔墩固结模型和考虑土-桩-结构相互作用模型,研究两种结构模型的动力特性和不同地震工况下的地震响应。结果表明,土-桩-结构相互作用延长了结构自振周期,主塔振动主导和参与的振型频率减小;与基础固结模型相比,考虑土-桩-结构相互作用模型的主梁弯矩和位移分布发生变化且响应幅值减小,主塔塔顶横桥向位移减小明显,塔底弯矩和剪力减小,主缆锚固端内力增幅减小,吊索力增幅在不同工况下有增有减,这类结构抗震设计时采用基础固结模型较保守。     

混凝土斜拉桥П形截面主梁弯曲受力分析

为了研究混凝土斜拉桥П形截面主梁的弯曲受力特征,指导П形截面主梁的设计,以某跨径组合为(110+220+110)m的双塔四索面预应力混凝土斜拉桥为例,采用有限元软件分别建立全桥整体杆系单元模型与桥塔附近主梁节段实体单元模型,对其П形截面主梁的弯曲受力情况进行了计算分析,并通过截面剪力滞系数来描述剪力滞效应的影响。结果表明,最不利组合荷载作用下,塔底主梁节段在桥轴线处上拱,П形截面主梁两侧肋板下挠;预应力对横梁的作用明显,横梁产生向上反拱;主梁在计算荷载作用下除应力集中点外,全截面受压;塔根部主梁截面的剪力滞较为显著,剪力滞系数介于0.68~1.12之间;其它截面的纵向应力分布相对均匀,剪力滞系数介于0.81~1.12之间。对于П形截面主梁斜拉桥,塔根部附近主梁节段在设计时必须考虑剪力滞效应的影响,其它位置截面可以按照初等梁理论进行设计。     

V型双斜塔无背索斜拉桥地震响应分析

V型双斜塔斜拉桥是对常规无背索斜拉桥造型的突破,为研究其地震响应规律和特点,以六安市寿春西路桥——(108+70)m V型双斜塔双向倾斜的无背索斜拉桥为工程背景,利用MIDAS Civil建立其空间整体有限元模型,在动力特性分析的基础上利用时程分析法研究其地震响应规律。结果表明:该桥首阶振型为主塔纵向弯曲,主塔振动问题突出;地震作用下,主塔顺桥向、钢主梁竖向变形明显;内力峰值集中于主副墩底、主副桥塔与主梁固结位置及两者之间的主梁段;桥塔塔顶无拉索区域相当于支撑于斜拉索上的悬臂梁,除景观要求外该区域不宜过长;主、副桥塔与主梁形成的刚构体系于抗震不利,应采取合理的减震措施。     

结构体系对多塔斜拉桥抗震性能的影响分析

以嘉绍大桥6塔斜拉桥为研究对象,详细分析了刚性铰以及塔梁纵向约束形式对6塔斜拉桥动力特性和地震反应的影响特点.分析结果表明:(1)刚性铰的设置对多塔斜拉桥主梁的1阶对称侧弯振型频率和1阶对称扭转振型形状影响较大,但对于多塔斜拉桥地震反应影响很小;(2)塔梁纵向约束形式主要改变多塔斜拉桥主梁的竖弯和侧弯刚度,随着纵向约束增强,主梁竖弯和侧弯振动频率增加,并且部分振型形状发生明显改变;(3)全漂浮体系的位移反应过大,而全固结体系的内力反应过大;(4)部分约束体系的位移反应很小,边塔和中塔的内力反应亦较小,而次边塔的内力反应则过大.因此,刚性铰的设置对多塔斜拉桥抗震性能影响很小,而塔梁纵向约束形式则对其抗震性能产生重要影响.     

低重心斜拉桥边跨墩柱横向抗震措施研究

针对低重心斜拉桥边跨墩柱的横向抗震问题,以某在建低重心斜拉桥为背景,进行边跨墩柱横向抗震措施研究。该桥主桥为(45+80+285+80+45)m双塔双索面混凝土斜拉桥,边跨墩柱高度仅为11 m。采用SAP2000建立全桥有限元模型,输入地震动,通过抗弯能力需求比R M评估桥梁的抗震性能,提出改变墩柱截面形式与采用防屈曲支撑构件(BRB)等8种抗震措施,并对比分析各措施墩柱关键截面的R M。结果表明:在地震作用下,设置横向固定支座的边跨墩柱墩底截面弯矩较大、R M均小于1,是低重心斜拉桥横向抗震的薄弱环节;8种抗震措施墩柱关键截面的R M均大于1,各措施均可改善边跨墩柱的横向抗震性能,措施Ⅱ-6(将边跨墩柱改为双肢截面,并在双肢间设置BRB)为该桥最优措施。     

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。