摩擦摆支座隔震城轨连续梁桥碰撞响应研究

隔震连续梁桥与邻梁较易发生碰撞并造成损伤,完善的减隔震设计应将碰撞效应考虑在内,以更好地保护梁体。以某城市轨道交通系统三跨连续梁桥为例,建立了该桥及相邻简支梁桥的空间有限元分析模型,采用非线性时程分析方法计算了不同工况中应用摩擦摆支座(FPS)进行减隔震设计后,隔震连续梁桥与相邻简支梁桥梁体的碰撞响应,探讨了梁端间隙、FPS主要设计参数对梁间碰撞响应的影响以及碰撞对隔震连续梁桥地震响应的影响。研究结果表明,同时考虑两端碰撞时,通过增大梁端间隙、减小支座等效滑动半径或增大支座摩擦系数的方式均可有效减少梁端碰撞发生的次数,虽无法保证梁间碰撞力同时减小,但是从效应累积角度考虑,仍然认为是有利于减弱梁间碰撞效应的。其中,增大梁端间隙或支座摩擦系数对碰撞效应的影响规律相似且减弱效果较为明显,减小支座等效滑动半径的效果次之。在设计中可主要通过适当增大摩擦摆支座摩擦系数和梁间间隙的手段来减小梁间碰撞效应。     

桥台伸缩缝对多联桥跨结构地震碰撞响应的影响

针对地震作用下多联长桥结构中伸缩缝处的碰撞破坏,用接触单元模拟桥墩两联间伸缩缝和桥台处伸缩缝在地震作用下的碰撞效应,建立了4个包含墩柱、主梁、支座和伸缩缝的曲线和直线全桥空间分析模型,分别输入2组地震波的8种地震动工况,进行非线性时程计算,研究桥台伸缩缝的设置与否对多联桥跨结构地震碰撞响应的影响,提出取消桥台伸缩缝的设置可有效消除或减小多联桥跨结构中伸缩缝处的地震碰撞破坏。     

地震作用下考虑土-桥台-上部结构相互作用的大跨桥梁伸缩缝处碰撞效应研究

为了给大跨桥梁抗震设计提供参考,针对西部山区强地震带常见的高墩大跨桥梁,考虑土-桥台-上部结构相互作用以及支座的滑动效应,采用非线性时程法对地震作用下大跨桥梁伸缩缝处碰撞效应进行了研究。采用非线性弹簧模拟桩基-土体相互作用以及台背填土的弹塑性变形,采用双线性滞回模型模拟支座的滑动效应,并采用接触单元法模拟主、引桥梁体间以及引桥梁体-桥台背墙间的碰撞反应。研究结果表明:主、引桥梁体间以及引桥梁体-桥台背墙间若发生连锁碰撞效应,桥台背墙将会遭受较大的撞击力作用,过大撞击力使得台背纵向位移、台后填土塑性变形以及桥台桩基的地震响应显著增大,易引起引桥桥台破损、桩基断裂以及引桥梁体落梁等震害。     

隔震连续梁桥地震作用下梁间碰撞响应的研究

铅芯橡胶支座隔震的桥梁在地震作用下相邻梁体间容易产生碰撞.以3等跨连续梁桥为对象,建立了考虑隔震支座非线性的桥梁碰撞模型,通过非线性时程分析研究了纵向地震作用下相邻联梁体间的碰撞响应.计算结果表明,隔震桥梁在地震作用下更容易发生梁间碰撞,碰撞产生相当大的撞击力,使主梁的轴力响应巨幅增大,但主梁的位移及墩的剪力、位移响应增大不明显.影响碰撞响应的主要因素是相邻联的周期比和基本周期的大小、伸缩缝间隙的大小.铅芯橡胶支座在桥梁地震碰撞中能消耗碰撞能量,可以有效地减小碰撞响应,对桥梁起到一定保护作用.     

地震高烈度区中小跨径连续梁桥支座与桥墩组合选型研究

为了给地震高烈度区中小跨径连续梁桥的抗震设计提供设计参考,研究了桥墩与支座的不同组合形式对结构响应的影响。以某工程实例为背景,建立空间有限元分析模型,研究了桥墩与支座不同组合形式对结构自振特性的影响,在此基础上,利用弹性反应谱法、非线性时程法,对比分析了不同组合形式对结构地震响应的影响。研究结果表明,抗震设计时应控制桥墩设计刚度,矩形空心墩刚度较大,增大了支座和下部基础受力;综合考虑支座变形及抗滑性,高烈度区桥梁设计时不宜采用板式橡胶支座;采用盆式支座时,需考虑梁体与桥台的碰撞、落梁、高墩失稳等问题;采用墩顶固结时,主梁设计弯矩由地震作用下弯矩控制,增加了上部设计的复杂性;高烈度区中小跨径梁桥设计时,推荐采用圆柱墩配高阻尼橡胶支座的组合形式,该组合形式下结构抗震性能最佳。     

板式橡胶支座连续梁桥横桥向抗震性能研究

板式橡胶支座在我国中小跨径梁桥中应用广泛,主梁通常直接放置在支座上,在地震作用下板式橡胶支座与梁底会发生滑动。基于某板式橡胶支座连续梁桥,采用非线性时程分析方法,探讨只考虑横向挡块的刚性约束作用、只考虑支座的水平剪切刚度及考虑支座与梁底的滑动效应三种模拟方法对结构横桥向抗震性能的影响。结果表明:考虑板式橡胶支座与梁底的滑动效应后,由于两者之间摩擦耗能及滑动后支座的隔震作用,桥墩的地震力有了明显减小,同时主梁位移与支座变形也得到了较好的控制,结构的减隔震效果最好,是一种合理地震模拟方法。同时,为了保证充分发挥板式橡胶支座滑动后的减隔震作用,横向挡块与主梁之间的间隙应预留出支座滑动的位移要求,该结论可供工程实践参考。     

考虑轨道约束的高速铁路简支梁碰撞效应研究

为研究轨道结构对简支梁桥碰撞效应的影响规律,以沪昆线上某4-32m简支箱梁为例,采用大质量法分析地震动的行波效应,用Kelvin单元分析桥梁碰撞,用非线性杆单元模拟梁轨接触,建立了考虑滑动支座摩阻力、桥墩弯矩曲率非线性和桩土共同作用的梁轨系统动力有限元模型,分析了一致激励和行波效应下考虑轨道约束的高速铁路简支梁桥碰撞效应,并对梁缝宽度、线路纵向阻力等设计参数进行了敏感性分析。结果表明:轨道结构对桥梁纵向位移起到了约束作用,可减弱甚至消除梁体间的碰撞效应;适当增加梁缝宽度,可大幅度减小梁体碰撞次数和撞击力;线路纵向阻力减弱时(如采用小阻力扣件时),梁体间的碰撞效应增强。     

山区连续梁桥隔震设计研究中的体型因素探讨

针对我国山区桥梁的结构特点和所存在的抗震问题,构造了7组典型的山区示例桥梁并采用铅芯橡胶支座进行隔震设计。建立了考虑支座非线性和墩柱弹塑性的隔震桥梁分析模型,采用非线性地震反应时程分析方法研究了E1地震和E2地震下隔震桥梁的性能状态（桥墩和支座受力及变形）与桥梁体型因素的关系,后者由定义的桥墩刚度比（R1）、桥墩组合刚度比（R2）、支座总刚度和桥墩总刚度比（R3）等无量纲参数描述。结果表明：支座位移与梁体总位移的比值与支座总刚度和桥墩总刚度的比值R3更为相关,支座剪力与总剪力的比值与采用桥墩组合刚度比（R2）关系要密切;为提高隔震系统的隔震效果,建议初步设计时可取支座总刚度和桥墩总刚度比R3宜小于2.0。     

地震动行波作用下大跨斜拉桥与引桥伸缩缝处碰撞效应研究

以一座典型大跨斜拉桥为研究背景,采用SAP2000Nonlinear有限元程序,考虑地震动行波效应以及主桥-引桥伸缩缝处碰撞效应的影响,建立了桥梁结构三维非线性计算模型,采用非线性动力时程分析法,分析了地震动行波作用下大跨斜拉桥主桥—引桥伸缩缝处碰撞效应对结构地震响应的影响。研究结果表明,地震动行波作用下大跨斜拉桥主桥—引桥伸缩缝处碰撞效应对引桥结构地震响应的影响较大,与一致激励下主桥-引桥碰撞效应相比,不仅会在伸缩缝处激起更大的撞击力,而且会使得两侧引桥梁端位移、主梁-过渡墩相对位移以及固定墩地震响应显著增大,更易导致引桥桥墩破坏或梁体落梁。     

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。     

超大跨度双跨钢桁梁悬索桥动力特性分析和模态试验

以跨径布置460 m+1480 m+491 m的一座双跨钢桁梁悬索桥结构为工程背景,充分考虑结构几何非线性效应、大位移非线性效应等因素的影响,建立了算例桥梁的MIDAS空间有限元分析模型,对基本动力特性进行了仿真分析和结构振动试验测试;对成桥结构进行动力特征参数测试,并与理论计算值进行了对比分析,该桥实测动力特征参数与对应理论计算值基本吻合,且测试值大于理论计算值,这表明成桥结构实测刚度大于理论设计目标值。     

非线性随机车流-自锚式悬索桥耦合振动分析系统

自锚式悬索桥独特的锚固形式使其主梁承受主缆传递的巨大轴向压力,为了研究主梁刚度在初内力及活载作用下的弱化问题对自锚式悬索桥结构静动力响应的影响,首先,结合自锚式悬索桥的非线性特点引入初应力刚度矩阵,考虑随机车流过桥时几何非线性的时变性,采用分离迭代法建立非线性随机车流-自锚式悬索桥耦合振动分析系统,并编制相应的非线性分析模块。其次,以某三跨混凝土自锚式悬索桥为例,选取集中力匀速过桥工况,利用ANSYS软件对非线性分析模块的可靠性进行验证。最后,分别设置2种极端工况：第1种是单车工况,近似认为只有恒载作用下产生的几何非线性;第2种是密集交通流工况,认为是恒载和最不利活载共同作用产生的几何非线性,并采用元胞自动机模型对密集车流进行模拟,研究自锚式悬索桥恒载和活载初内力引起的几何非线性对桥梁响应的影响程度。研究结果表明：单车工况下,梁塔恒载初内力对自锚式悬索桥的车辆过桥结构响应影响显著,主梁和主塔初内力贡献程度明显不同,主梁初内力对结构刚度矩阵变化的影响贡献较大而主塔贡献微小;相对于恒载,密集车流作用下初内力效应引起的几何非线性对自锚式悬索桥结构刚度影响微小,对结构响应的非线性影响也不明显。     

空间缆索自锚式悬索桥动力特性及刚度影响规律

空间缆索自锚式悬索桥的主缆直接锚固在加劲梁上,同时由于主缆的空间特性,与地锚式悬索桥及传统平面索相比,其动力性能存在很大的差异.针对青岛海湾大桥大沽河航道桥建立非线性空间有限元模型,对其动力特性及结构刚度影响规律进行了分析.结果表明,该桥振型基本合理,具有密布的频谱;作为自锚式悬索桥其整体刚度较低,固有周期较长;单柱式桥塔的横向刚度较弱,横向振动出现较早;另外,由于缆索横向间距较小,刚度较小,前10阶振型中有5阶索振.各振型受结构刚度的影响不同,主缆刚度主要影响悬索桥的1阶竖弯及扭转,加劲梁竖向刚度对加劲梁1阶竖弯及加劲梁扭转振型影响较大,横向刚度主要影响悬索桥的加劲梁横向振型,扭转刚度主要影响悬索桥的1阶扭转振型;主塔纵向刚度主要影响悬索桥的纵飘振型;横向刚度主要影响索塔的1阶横向振型.     

中央扣对大跨悬索桥动力特性和汽车车列激励响应的影响

为了探讨大跨悬索桥在动力激励下中央扣的作用,以四渡河悬索桥为研究背景,建立了该大跨钢桁架加劲梁悬索桥的3种中央扣模式的空间动力计算模型,对其动力特性和在移动汽车车列激励下的时程反应进行了空间非线性分析。研究结果表明:中央扣提高了结构的反对称抗扭刚度,限制了结构的纵飘特性;在静车列作用下,中央扣对全桥内力分布影响很小,但是在移动车列激励下,中央扣使得加劲梁的应力动响应显著增加,且随车列速度增加而增大;中央扣对加劲梁纵桥向位移的限制作用在常规速度车列激励下表现不明显;中央扣的设置方式宜采用刚性中央扣或3对柔性中央扣。     

斜拉桥活载几何非线性分析

介绍了斜拉桥的活载几何非线性原理及方法，并对某座斜拉桥进行活载线性和几何非线性计算，分析初始几何刚度、拉索垂度效应以及大位移效应对几何非线性的影响，分析了构件刚度及边界约束条件对斜拉桥非线性的影响。分析表明，初始几何刚度对斜拉桥的几何非线性影响最为重要．当计人初始几何刚度矩阵影响，按活载线性影响线加载法所得结果与几何非线性方法结果基本相同。当初始几何刚度不变，仅仅改变结构刚度及约束条件，对斜拉桥的几何非线性影响非常小。     

应用碳纤维索的大跨径斜拉桥抗风性能研究

为了探讨碳纤维复合材料在大跨径斜拉桥中应用的可能性,以拉索等轴向刚度为原则,拟定了一座主跨为500 m的应用碳纤维索的大跨径斜拉桥,并运用三维非线性计算理论进行了动力特性、静风特性和空气动力稳定性分析。分析结果表明大跨径斜拉桥采用碳纤维索后:(1)结构的自振频率有所提高;(2)静风作用下结构变形增大,但其静风性能却与钢索斜拉桥基本一致;(3)空气动力稳定性与钢索斜拉桥基本一致。因此从抗风性能角度而言,大跨径斜拉桥采用碳纤维索是可行的,但是拉索截面尺寸应采用等轴向刚度原则来确定。     

超大跨度CFRP索斜拉桥的力学性能分析

为了探讨碳纤维材料(CFRP)索在超大跨度斜拉桥中应用的可行性,以1400 m主跨的超大跨度钢拉索斜拉桥设计方案为例,采用拉索的等强度和等轴向刚度方法,拟定了两座等跨径布置CFRP索的方案桥,分别采用结构三维几何非线性方法、子空间迭代法、空气动力稳定性分析方法以及地震响应的反应谱分析方法,对应用钢索和CFRP索的超大跨度斜拉桥的静力特性、动力特性、抗风稳定性以及抗震性能等进行了分析与比较,并从力学性能角度探讨了CFRP索在超大跨度斜拉桥中应用的可行性。结果表明:从力学性能角度而言,超大跨度斜拉桥采用CFRP索是可行的,但是拉索截面尺寸采用等轴向刚度方法确定则更有利。     

鱼梁洲大桥抗风设计

该文运用空间有限元分析对独塔双索面斜拉桥进行抗风性能计算和评估检算,对全桥结构进行动力分析,结果表明,虽然拉索不能提供抗扭刚度,但由于主梁刚度较大,故大桥表现出良好的抗风性能。     

朝阳市东大桥钢管混凝土拱桥设计

朝阳市东大桥主桥采用中承式钢管混凝土系杆拱桥(30m 120m 30m)。详细论述该主桥的总体设计、构造特点、内力计算和结构设计。内力分析及结构设计时,钢管混凝土的力学参数(刚度、强度)取值考虑钢管与混凝土之间的紧箍力的影响,按照钢管混凝土统一理论计算。考虑到该种结构存在车桥振动较大的问题,在结构分析中尤其重视了动力特性的计算,并从结构设计上采用加大桥面系刚度和拱肋之间的横撑刚度等措施来改善桥梁的动力特性,同时对拱桥的稳定计算进行了较为详细的讨论。最后给出了此类结构设计中应注意的问题和建议。     

大跨度铁路斜拉桥车桥耦合振动分析

以某主跨432m铁路斜拉桥为例,运用桥梁结构动力学与车辆动力学,将桥上通行列车和桥梁视为联合动力体系,建立精细的列车与大跨度铁路斜拉桥的车桥耦合动力分析模型,计算与分析了该桥列车通过时的桥梁动力响应和列车走行性,计算结果表明：当国产C62货车和CRH2客车以不同的速度通过斜拉桥时,车辆、桥梁的动力响应均能达标,列车具有良好的走行性,该斜拉桥具有足够的横向、竖向刚度。研究结果为大跨度铁路斜拉桥的动力设计提供了理论依据。