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。     

轨道交通简支梁钢筋混凝土圆墩地震反应分析

结合郑州市第一条城市轨道交通高架桥的工程实例,通过建立有限元计算模型,对简支梁不同墩高的钢筋混凝土圆形桥墩进行结构动力特性分析、E1地震作用下的多振型反应谱分析以及E2地震作用下基于纤维模型的弹塑性非线性时程地震反应分析,研究不同墩高桥墩的抗震性能和地震响应变化规律。结果表明,桥墩在地震作用下满足抗震设计要求,希望为城市轨道交通桥梁钢筋混凝土圆形桥墩抗震设计提供参考。     

不同高墩形式下连续刚构桥动力性能分析

应用有限元程序ANSYS,分析了杏沟大桥采用钢筋混凝土四柱式实心桥墩、双薄壁式实心墩、独柱实心墩时的动力性能。研究表明:在桥墩截面积相等条件下,这三类桥梁自振频率依次增大,且采用四柱式实心墩和双薄壁式实心墩的桥梁振型较为接近,而与独柱式实心桥墩相差较大。前两类桥梁振动以高墩弯曲为主,而独柱式实心墩以桥面体系振动为主。     

基于增量动力分析方法的独塔斜拉桥地震易损性分析

斜拉桥是一种多次超静定柔性结构,其动力特性有别于常规桥梁。现行规范针对此类桥梁结构的抗震设计仅给出了基本设计原则。本文以一座混凝土独塔斜拉桥为研究对象,利用有限元软件OpenSees建立了该桥的有限元分析模型,并根据桥梁所处场地条件,从PEER强震数据库中选取16条地震波,基于增量动力分析方法建立了桥墩、主塔及支座的纵桥向地震易损性曲线。采用一阶可靠性方法对斜拉桥进行了整体地震易损性分析,对该桥的抗震性能进行了评估。分析结果表明:在地震作用下,辅助墩、主跨边墩和边跨边墩处支座相比其他构件更易受损,桥梁整体较易发生轻微损伤和中等损伤;斜拉桥整体易损性大于构件易损性;采用整体地震易损性分析结果来评估桥梁整体的抗震性能更加可靠。     

泥石流冲击作用下无砟轨道桥梁的动力响应

研究目的:泥石流冲击作用使桥上无砟轨道产生附加变形,进而可能对桥上高速列车的运行产生影响。确定泥石流荷载模型及其影响是研究该问题的关键之一。为此,本文首先提出一种泥石流荷载简化模型,其综合考虑了泥石流浆体压力、大块石冲击和龙头龙尾效应;然后以成兰铁路上一座多孔简支梁桥为案例,采用有限元法建立无砟轨道-桥梁三维有限元模型,分析泥石流冲击作用引起的墩顶横向位移、梁体跨中横向位移和相邻梁端两侧钢轨支点横向相对位移;最后通过参数分析,讨论泥石流荷载参数对各动力响应的影响规律。     

桥墩结构形式对大跨连续刚构桥抗震性能影响分析

以大准铁路增二线某大跨度连续刚构桥为工程背景,利用Midas/Civil建立有限元模型,比较单薄壁实心墩、独柱圆形实心墩、双薄壁实心墩三种桥墩对连续刚构桥抗震性能的影响。计算结果表明:单薄壁实心墩、独柱圆形实心墩、双薄壁实心墩对应结构自振频率依次增大,单薄壁实心墩与独柱圆形实心墩以桥面振动为主,而双薄壁实心墩以桥墩弯曲为主。同时,在横桥向地震波作用下,独柱圆形实心墩桥梁墩顶位移与中跨跨中位移峰值最小,双薄壁实心墩桥梁墩底剪力峰值最小;在纵桥向地震波作用下,双薄壁实心墩桥梁墩底剪力、墩顶位移与中跨跨中位移峰值最大,独柱圆形实心墩峰值最小。     

大准线万泉河大桥桥墩加固设计及分析研究

以桥梁动力检测结果为依据,结合万泉河大桥钢筋混凝土矩形及圆端形板式墩等结构特点,提出了两种桥墩加固方案,并选取6个典型桥墩,采用大型通用有限元程序对两种方案的加固效果进行分析对比,结果表明两种方案的加固效果均比较明显。在考虑经济效益的前提下,推荐的桥墩加固方案为:对于钢筋混凝土矩形板式墩,由于墩身较低,仅在桥墩横向两侧进行加固;而对于钢筋混凝土圆端形板式墩,由于墩身较高,建议对桥墩横向和纵向都进行加固。     

铜陵公铁两用长江大桥船撞引起列车脱轨分析

研究目的:准确测算船撞作用下桥梁的结构动力响应,对评估因船—桥碰撞后桥梁响应而引起的列车脱轨分析具有重要意义。本文围绕铜陵公铁两用长江大桥论述船撞桥墩引起列车脱轨分析的一般流程,首先通过ANSYS/LS-DYNA非线性有限元软件模拟10 000 t级与5 000 t级船舶在最高、常规以及最低通航水位下满载正撞和侧桥向20°撞击桥梁的主塔和辅助墩,得出在各船撞工况下碰撞力-时程曲线。然后将船舶撞击时程曲线作为动力荷载输入至整桥有限元模型中,计算桥梁结构关键部位尤其是主梁的横向位移和加速度响应。研究结论:(1)在最高通航水位下,船舶满载正撞桥墩产生的撞击力最大;在该最不利工况下,撞击作用对桥梁结构动力响应以及列车的脱轨风险具有较大影响;(2)当3#主塔受到10 000 t级船舶撞击时,导致2#桥墩墩顶主梁的横向加速度达到0.922 m/s2,未超过列车脱轨加速度临界限制1 m/s2,列车脱轨概率极小;(3)通过简化的风险标准导出脱轨概率公式计算表明,该桥遭受到船舶撞击时,其列车的脱轨概率为9×10-5~1.5×10-4;(4)本文的研究结果可供航道上铁路桥梁因船舶撞击导致列车通行安全性研究参考。     

纵向地震下高速铁路桥梁圆端型实体墩塑性铰长度研究

以纵向地震下高速铁路桥梁圆端型实体墩为工程背景,将桥墩置于全桥体系中,利用弯矩曲率关系程序和有限元软件对桥梁进行弹塑性分析计算,得出不同墩高、不同车速以及不同地震作用组合工况下的高速铁路桥墩塑性铰长度,并与既有试验结果以及各国桥梁抗震设计规范塑性铰长度计算公式相对比。计算结果表明：在设计纵向配筋率、体积含箍率、剪跨比、轴压比下的塑性铰长度经过修正可以满足要求,提出了适合铁路桥梁圆端型墩的塑性铰长度建议计算公式,为高铁桥梁设计提供参考。     

熔断机制在摇摆桥墩连续刚构桥中的应用

研究目的:为了提高连续刚构桥的抗震能力,通过在桥墩墩底横桥向增加一对钢筋混凝土构件(称之为"保险丝"),提出一种具有熔断机制的摇摆桥墩连续刚构桥新型结构体系。研究结论:(1)通过对该结构体系与传统墩底固结结构体系在多遇地震、设计地震和罕遇地震作用下,结构地震需求、桥墩损伤情况的对比,发现该新型结构体系具有良好的抗震性能;(2)通过研究"保险丝"的混凝土破坏和钢筋滞回曲线的情况,说明在强震作用下"保险丝"发生破坏(称之为熔断),其耗能作用和熔断后桥墩摇摆都减少了输入到结构中的地震能量,起到了很好的减震效果,使得桥梁在多遇地震作用下几乎不发生损伤,在设计地震和罕遇地震作用下把损伤程度降到最低、损伤范围减到最小;(3)研究成果对提高强震作用下桥梁的抗震性能具有指导意义。     

冲压机械振动对高铁桥梁及行车动力影响分析

高速铁路桥梁的平顺性和稳定性对运营列车的平稳性和安全性有很大影响。为研究冲压机械产生的外部振动激励对高铁桥梁的影响,首先通过对此机械引起的地面振动进行实测,并结合有限元分析软件,确定最大冲击荷载作用下产生的地面振动及传播至桥墩处的振动;然后通过建立列车-轨道-桥梁耦合动力学模型,将桥墩处的地面振动作为激励输入,分析列车以不同速度通过时车辆、桥梁动力学响应。结果表明:地面冲击振动有限元模型计算结果与实测结果基本相符,验证了模型的可靠性;地面振动对桥梁响应会产生一定的影响,距振源50 m处地面振动对桥梁所产生的影响较距振源80 m处(桥墩处)的大,但对运行车辆的影响很小;随着车速由250 km/h至350 km/h,车辆及桥梁各结构的动态响应均有所增大,但都未超出安全限值。因此,冲压机械冲击作用导致的地面振动对列车-轨道-桥梁系统动态服役性能影响非常有限。     

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。     

液体黏滞阻尼器在乌锡线黄河特大桥中的应用研究

乌锡铁路黄河特大桥主桥的桥式方案为长联大跨混凝土连续箱梁结构,梁部质量巨大,主桥的地震设防为本项目技术关键。利用Midas/civil建立空间有限元模型,选用适合桥址处场地等级及地震特性的3条地震波,采用非线性时程分析方法检算在活动墩与主梁之间设置液体黏滞阻尼器装置的抗震效果。结论为:在活动墩与主梁之间设置液体黏滞阻尼器装置,有效协调各活动墩在动力作用下的参与工作,降低固定主墩地震力,有效提高主桥的地震设防标准。     

高墩大跨铁路桥梁动力特性分析

近年来,随着我国铁路桥梁的迅速发展,桥梁的跨度越来越大,桥墩越来越高,体系越来越柔。高桥墩体自重大、柔度大、阻尼小。本文以某大跨高墩连续刚构桥为计算模型,应用通用软件Midas/Civil建立了三维动力有限元模型,对该桥进行动力特性分析,得出该桥的前十阶振型。并就加弹性阻尼器对结构的动力影响进行分析,得出加弹性阻尼器能够改变结构的动力性能。     

长联大跨连续钢桁梁抗震型式研究

以黄大线黄河特大桥主桥(120+4×180+120)m下承式连续钢桁梁结构为实际工程背景,研究非线性黏滞阻尼器对该桥抗震性能的影响。利用Midas/civil建立空间有限元模型,选用适合桥址处场地等级及地震特性的3条地震波,采用非线性时程分析方法,检算在活动墩与主梁之间设置液体黏滞阻尼器装置和无阻尼器的不同抗震效果。结论表明在活动墩与主梁之间设置液体黏滞阻尼器装置,有效协调各活动墩在动力作用下的参与工作,降低固定主墩地震力,有效提高主桥的地震设防标准。     

速度锁定器在桥梁抗震中的有限元模拟

为准确模拟新型抗震支座—速度锁定器在桥梁结构受地震荷载作用时的影响,以某连续刚构桥2×50 m+60 m+2×120 m+60 m为背景,采用专业有限元软件Midas Civil进行时程分析计算,采用黏滞阻尼器(方法 A)、弹性约束(一般)方式(方法 B)以及弹性约束(折线型)方式(方法 C)三种简化方式模拟速度锁定器的作用。结果表明:速度锁定器通过将交接墩与刚构墩联动而减小整体位移,有利于改善桥梁结构在地震作用时的纵桥向内力分布;采用的计算方法简洁高效,并确定在使用方法 C时需将刚构墩处的内力结果放大1.06倍。     

悬挂式单轨车桥耦合动力分析

为研究悬挂式单轨运营过程中桥梁和车辆的动力响应变化规律,以某悬挂式单轨双线7跨30m简支梁方案为工程背景,运用通用有限元软件ANSYS建立桥梁有限元模型,分析桥梁的动力特性;然后在多体动力学软件SIMPACK中建立车桥耦合动力学模型,研究双线列车以运营速度对开通过桥梁时桥梁和车辆的动力响应,并分析轮胎刚度和列车编组对桥梁和列车动力性能的影响。分析结果表明:双线列车以65km/h的速度对开通过桥梁时,桥梁跨中的整体横向位移响应最大值为19.03mm,表明桥墩横向刚度较小;轮胎刚度对车桥系统的加速度响应有显著影响;3辆车编组过桥时,桥梁的竖向和横向响应值明显比1辆车编组大,因此,在车桥耦合动力仿真分析时,必须考虑列车编组对车桥系统动力响应的影响。     

非规则铁路连续梁桥抗震体系优化

从非规则铁路连续梁桥各桥墩协同抗震的角度,引入墩底摇摆隔震及支座减隔震,以1座(60+100+60)m连续梁桥为例,建立全桥动力分析模型进行地震反应分析,研究具有中等高度(20~30m)实心桥墩的非规则铁路连续梁桥采用摇摆隔震的适用性,以及全桥采用支座减隔震时的桥墩优化配筋准则。结果表明:采用摇摆隔震时,摇摆墩墩底恒载轴力大,提离位移敏感性高,地震作用下墩顶位移可控制在较小的范围且提离后墩底弯矩变化稳定,易随其余各墩协同抗震,经抗震性能验算确定摇摆墩配筋率为0.6%;采用支座减隔震时,桥墩本身地震反应贡献率最高可达71%,桥墩惯性力主控墩底内力,以地震作用下各墩同步保持弹性为原则,优化后各墩配筋率依次为0.7%,0.3%,0.5%和0.7%。以上2种优化均可使非规则铁路连续梁桥达到"大震不坏"的设防水平。     

30m简支梁桥墩车桥耦合动力仿真分析

根据车桥耦合振动分析理论,运用桥梁结构动力分析程序BDAP,针对城际轨道交通30m简支梁桥墩3种不同墩高方案,采用空间有限元建立全桥动力分析模型,对桥梁空间自振特性进行了计算,并对3种不同墩高方案在CRH2和德国ICE3动车组作用下的车桥空间耦合振动进行了分析,评价3种不同墩高方案的动力性能以及列车运行安全性与舒适性。研究结论表明:(1)3种墩高方案(H=8m、12m、15m)的全桥一阶横向自振频率分别是0.909Hz、1.051Hz和1.034Hz;(2)在CRH2和ICE3动车组以速度160km/h通过时,简支梁跨中竖向振动位移和竖向振动加速度较小,在限值以内;(3)在CRH2和德国ICE3动车组以速度160km/h运行时,车辆竖向和横向舒适性均能达到"优"。说明3种墩高方案具有足够的全桥横向刚度,满足列车时速160km行车的安全性和良好舒适性要求。     

基于阻尼参数的高速铁路连续梁桥地震损伤概率影响分析

为研究阻尼参数对高速铁路连续梁桥地震易损性的影响,以一座(32+48+32) m高速铁路连续梁桥为研究背景,借助大型开源程序Open Sees建立了数值模型,并应用基于可靠度理论的概率解析易损性函数表达式获得地震易损性曲线(面),探讨阻尼器参数对桥梁地震易损性的影响。研究结果表明:(1)设置阻尼器使桥梁受力更为合理,可进一步提高桥梁抗震性能;(2)阻尼系数的提高及阻尼指数的降低均使得桥梁固定墩曲率及活动支座位移减小,进而降低固定墩和活动支座在地震作用下的损伤概率。