超大跨度悬索桥的动力特性及地震反应分析

以构想中的1座主跨跨度达3000m的悬索桥为研究对象,建立了空间有限元模型,推导了基于大质量法的多支承激励运动方程,在此基础上研究了该桥的动力特性和非线性多支承激励地震响应,探讨了桩-土-结构相互作用、行波效应对超大跨度悬索桥地震反应的影响,综合评价了该桥的抗震性能。     

薄壁高墩大跨连续刚构桥墩抗震性能的分析

建立一座5跨薄壁高墩连续刚构桥的空间抗震有限元模型,考虑群桩效应和桩-土效应,运用时程分析法计算了一致激励及行波效应下高墩的地震响应。结果表明,纵向线刚度大的墩将分担较大的纵向内力,质量大的墩将分担较大的横向内力,行波效应比一致激励下的地震内力大,桩-土效应使高墩变截面处的地震内力增大。     

大跨径连续刚构桥的动力性能及地震响应分析

以苏通长江大桥辅航道桥为工程背景,建立了该桥的动力分析模型,考虑了结构自重的几何非线性影响和桩土的影响,在此基础上研究了该桥的动力特性和多支承激励地震响应,并探讨了行波效应对大跨度刚构桥地震反应的影响.结果表明,模型及其边界条件的正确模拟对分析结果的影响很大,行波效应产生的不利影响十分突出.     

大跨径连续刚构桥的动力性能及地震响应分析

以苏通长江大桥辅航道桥为工程背景，建立了该桥的动力分析模型，考虑了结构自重的几何非线性影响和桩土的影响，在此基础上研究了该桥的动力特性和多支承激励地震响应，并探讨了行波效应对大跨度刚构桥地震反应的影响。结果表明，模型及其边界条件的正确模拟对分析结果的影响很大，行波效应产生的不利影响十分突出。     

行波激励下桩-土-斜拉桥多点振动台试验

为了研究桩基和场地土以及地震动空间效应对大跨斜拉桥地震反应的影响,以一座试设计主跨1 400m超大跨斜拉桥为试验原型,按1/70几何缩尺比设计和制作了一座包括群桩基础、模型土和上部结构等在内的试验全模型,缩尺后试验模型全长38.2m;根据动力等效原则,采用由砂子和木屑均匀混合而成的模型土模拟场地土,且用层状剪切土箱盛放。采用时间滞后的方法实现行波效应,通过多点振动台试验分别研究了纵向行波、横向行波对超大跨斜拉桥地震响应的影响及其机理。试验结果表明:行波作用对斜拉桥地震响应的影响非常复杂,纵向行波使塔顶纵向加速度和主跨竖向加速度的最大增幅分别约为50%和40%,而横向行波使塔顶和主跨横向加速度的最大减幅分别为15%和50%;纵向行波使主跨竖向位移的最大增幅约为40%,而横向行波使其横向相对位移的最大减幅为20%。行波作用对斜拉桥不同构件地震响应的影响也不同,与一致激励结果相比,纵向行波使塔顶、塔-梁以及墩顶相对纵向位移的最大减幅分别约为50%、40%和60%,使主跨竖向位移的最大增幅约为40%。此外,试验发现桩-土-结构相互作用对主塔、桥墩的加速度响应产生明显不利影响,使塔底增大2倍多,墩底增大1.1~4.0倍。基于上述结果,建议在斜拉桥地震反应分析或抗震设计时,需考虑行波效应和桩-土-结构相互作用等因素的影响,特别是其不利影响。     

金东大桥抗震分析与研究

以金东大桥为工程背景,建立有限元模型对结构进行地震时程分析,选取7条地震波,考虑行波效应、桩-土相互作用和阻尼比等因素,讨论各影响因素对结构地震反应性能的影响,总结出相应的规律。     

桩-土作用连续刚构地震反应分析

桩-土-结构动力相互作用使桥梁结构的动力特性、阻尼和地震反应发生改变,而忽略这种改变有时是偏危险的。因此,在进行桥梁的地震反应分析时,应考虑桩-土-结构的相互作用。文中借助Midas有限元分析软件,采用反应谱法对考虑桩-土作用与不考虑桩-土作用作了详细的地震反应计算分析,通过对两种计算结果的比较,分析了考虑桩-土作用与不考虑桩-土作用连续刚构的内力与位移。     

行波效应对大跨度斜拉桥地震反应的影响

为研究大跨度斜拉桥地震反应特性及行波效应对其影响,以某大跨度斜拉桥为例,依据D'Alembert基本原理,采用动态时程法计算结构动力位移和内力.选用2条不同频谱特性地震波,考虑不同视波速对大跨度斜拉桥地震反应的影响,重点研究行波效应对大跨度斜拉桥的地震反应影响,并与一致激励地震反应结果进行比较.结果表明:随着视波速的增大,各桥塔塔底内力、塔顶位移以及墩底内力的地震响应值有显著变化且趋近于一致激励地震响应;行波效应对主梁顺桥向轴力和塔顺桥向剪力有显著影响;在地震波加速度峰值(0.40g)相同的情况下,由于各条波之间频谱特性的不同,不同视波速输入下结构的地震反应存在一定的差异.     

行波作用下高墩大跨连续刚构桥地震反应分析

地震输入问题一直是工程结构抗震研究中所关注的焦点.大跨度桥梁结构各地面支承距离较大、延伸较长,进行地震反应分析时应考虑地震波有限波速传播所引起的行波效应.文中基于行波激励下大跨度桥梁地震反应分析方法,对某大跨度四跨预应力砼连续刚构桥进行了行波激励下地震反应的数值模拟,并与一致地震激励下的计算结果进行了比较.     

考虑桩-土相互作用的大跨钢桁架-混凝土斜拉桥地震响应研究

对于深桩基础的半漂浮体系斜拉桥,在抗震分析中采用刚性地基进行假定处理偏不安全。为探究桩-土相互作用对斜拉桥地震响应的影响,文中结合实际工程,基于黏弹性吸收边界,通过有限元方法模拟桩-土接触行为,研究土体-桩基-桥墩-上部结构系统在地震作用下的动力响应。结果表明,考虑桩-土相互作用后,桥梁结构整体位移与主梁内力增加,下部结构内力减小。     

不同地震激励下大跨度斜拉桥的地震反应分析

考虑地震波的行波效应、部分相干效应和局部场地效应,建立了不同机制的地震激励下大跨度斜拉桥地震反应的分析方法并以正在建设的主跨1 018 m的香港某大跨度斜拉桥为例,数值仿真了大跨度斜拉桥在确定性地震波一致激励、行波激励以及随机地震动场多点激励下的地震反应。结果表明:与确定性地震波一致激励相比,在确定性地震波行波激励以及考虑空间变化的随机地震动场激励下,斜拉桥的纵向位移反应明显减小,而其主跨跨中竖向位移反应明显增大。由此得出结论:对于大跨度斜拉桥,一致地震激励不能控制其抗震设计,应考虑行波激励和随机地震动场多点激励对其地震响应的影响。     

非一致激励下大跨斜拉桥的随机地震响应分析

基于平稳随机地震动场理论,对大跨度斜拉桥进行非一致激励下的平稳随机地震响应分析。以金塘大桥主通航孔桥为研究对象建立有限元模型,采用多点平稳随机地震响应分析方法,数值仿真了该斜拉桥在纵桥向、横桥向和竖向多点激励下的地震响应,研究了地震动的空间变化,包括部分相干效应和行波效应以及视波速变化对大跨度斜拉桥地震响应的影响。数值分析结果表明：非一致激励下斜拉桥的内力和位移有较大改变,地震动的行波效应影响比部分相干效应的影响更大,地震动的空间变化对纵桥向激励有利,对横桥向激励影响较小,对竖向激励影响很大且不利。对大跨度斜拉桥,必须进行多点地震激励的响应分析。     

多点激励下地震动输入模式探讨及有限元软件实现方法研究

进行大跨度结构的地震响应分析时,需要考虑地震动多点非一致激励的影响。基于动力学平衡方程,进一步推导多点激励地震响应分析的位移输入模型和加速度输入模型。进一步提出3种能适用于现有通用有限元软件的多点地震动输入模型的实现方法——大质量法、大刚度法及直接位移法,并细致阐明各种方法的计算原理。最后,以某主跨为850m的悬索桥为工程背景,基于SAP2000软件平台,分别采用不同方法进行多点激励地震响应分析,并简单分析大跨悬索桥在多点地震响应下的响应规律。     

汶川地震跨断裂带小鱼洞大桥地震破坏分析

以汶川地震跨小鱼洞断裂带的小鱼洞大桥地震破坏为研究背景,通过对其震后现场的实地勘察分析,建立了小鱼洞大桥多点地震动激励的动力分析数值模型。考虑到断裂带两侧地震强度的区别,采用三角级数法模拟人工地震波时选用不同的地震峰值加速度,然后对其进行地震破坏数值分析,重点讨论了桥梁地震破坏的薄弱部位及其破坏原因。数值模拟结果基本体现了小鱼洞大桥的实际破坏状况,证明了数值分析模型的有效性。     

分层圆弧峡谷SV波地震差动模拟理论与桥梁破坏模式

为了探究局部地形及场地分层因素对地下多点地震动的影响，建立了分层圆弧峡谷模型，并进行了目标场地多点地震动模拟程序的开发和验证。在此基础上，对一跨越该场地的刚构桥进行了考虑多点激励作用下的地震反应分析。具体内容包括：首先，在推导得到SV波入射层状圆弧峡谷地震反应频域解基础上，依据规范谱确定矩阵的峡谷各位置自谱（绝对值），联合自谱和峡谷相干函数得到互谱，进而与自谱共同构造出功率谱矩阵。由此同时体现了峡谷局部场地三大典型物理效应：散射、相干和分层效应，奠定了SV波入射下层状峡谷多点地震动模拟的基础，填补了由于竖向边界条件难以满足而大多受限于SH波入射理论解研究的空白。其次，基于上述结果，编制代码和可视化开发，实现理论方法程序化，并验证其可行性和可靠性。最后，为研究SV波输入下分层和峡谷效应多点激励对结构的影响，针对一峡谷桥梁进行模型建立、修正、多点地震反应计算以及分析比较。结果表明：①分层效应对结构反应影响明显，传统均匀介质的假定所带来的影响不容忽视；②采用传统适用于平整场地多点地震动作为激励，会导致与峡谷地形多点地震反应差别明显，且会低估结构反应；③SV波斜入射多点激励下所产生地震动的空间变异性，会使得地震反应计算结果幅值出现明显增大现象。该理论方法、程序开发可供类似工程场地分析参考。     

基于大质量法的高墩大跨连续刚构桥地震时程反应分析

运用大质量法,推导了长大跨度桥梁考虑多点激励和行波效应的分析模型及解析方程。结合109国道小沙湾黄河特大桥的工程实例,对该桥地震动一致激励和考虑行波效应激励下高墩的地震时程反应作了对比分析研究。分析结果表明:行波效应对3个主墩的轴力和面内弯矩都有不同程度的削弱。其分析方法和结果对同类桥梁的设计与研究具有一定的参考价值。     

多维地震激励作用下大跨度斜拉拱桥的随机响应

以一种新颖钢管混凝土拱桥-斜拉钢管混凝土拱组合桥为研究对象,通过建立空间结构有限元模型,利用子空间迭代法得到结构的自振特性,并运用随机响应理论分别对该桥在纵向激励、纵＋竖向激励、纵＋横向激励、纵＋竖＋横向激励等4种工况作用下的地震响应与相同跨径的中承式钢管混凝土拱桥进行了对比分析。分析结果表明,地震横向激励对斜拉拱桥的响应特性有较大的影响,在多维随机地震激励作用下,由于斜拉索的存在使得斜拉拱桥的横向抗震性能优于相同跨径的中承式钢管混凝土拱桥,这为大跨度斜拉拱桥的抗震设计和研究提供了理论依据。     

基于行波效应的钢管混凝土拱桥地震反应分析

基于多点激励的运动方程,在考虑行波效应的前提下,应用有限元软件ABAQUS,对某下承式钢管混凝土拱桥(倾斜拱肋、倾斜吊杆)建立全桥模型,进行自振特性及地震反应分析。由2~4阶振型表明,桥面梁系刚度大于拱肋刚度;由6阶以后振型表明,桥面外刚度大于面内刚度,在低频区主要是面内振动为主。由地震反应分析结果表明:行波效应使钢管混凝土拱桥结构内力有不同程度的增大,拱脚轴力比弯矩增幅更大,增幅与加速度峰值无正比关系,当超过临界波速后拱脚弯矩增幅开始反弹。临界波速与结构动力特性、地震波频谱特征等因素有关。另外,行波效应对拱桥控制截面位移影响比较复杂。     

大跨度桥梁抗震设计和振动控制的研究与应用现状

本文介绍了大跨度桥梁抗震设计的现状和所面临的困难 ,指出对大跨度桥梁合理的抗震分析方法应当进行多点激励随机地震反应分析 ,并对地震输入问题、随机地震动场的模拟和地震反应分析方法作了介绍。最后侧重介绍了结构振动控制技术的研究现状及其在大跨度桥梁中的应用。     

沉管隧道纵向地震易损性分析方法

目前沉管隧道抗震性能设计仅限于横断面分析,缺乏面向沉管隧道纵向抗震性能评估的地震易损性分析方法。为此,建立沉管隧道纵向地震易损性分析方法及评估指标。首先,合理考虑沉管隧道结构特征及接头构造,给出了纵向地震易损性分析模型,其中沉管管节结构采用宏观梁单元模拟,沉管接头采用细观精细化模型模拟,宏-细观模型之间需满足连续性约束方程,地层采用非线性弹簧单元模拟,并通过等效线性化方法来描述地层的非线性特征;其次,根据隧道所处场地的地震动特征选择合适的地震动输入,以及相应的地震动强度指标和结构损伤指标,建立基于增量动力分析的纵向地震易损性评估方法及分析流程,可以依据沉管隧道的不同极限状态定义获得用于纵向抗震性能评估的易损性曲线;最后,以某沉管隧道为应用实例,基于该方法建立了沉管隧道纵向地震易损性分析模型及评估指标,通过计算分析得到了表征隧道纵向抗震性能的地震易损性曲线,并开展多因素分析进而揭示了管节分段长度、地震动输入方向、地层-结构相对刚度比等关键参数的影响规律。结果表明：沉管隧道所处场地位置处的峰值速度是反映隧道纵向地震易损性特征的最优地震动强度参数;沉管隧道地震易损性与输入地震动波长有关,且管...