城市高架桥梁非线性地震碰撞反应分析

地震时城市高架桥梁易发生碰撞反应而引发灾害。采用时程分析法,对简支隔震梁桥、连续隔震梁桥、非隔震简支梁桥及非隔震连续梁桥的碰撞反应进行r参数分析。主要参数包括：间隙大小、支座特性、桥墩非线性及土基础相互作用。分析得出以下结论：简支梁桥的碰撞反应主要是由于桥台约束产生的,连续梁桥的碰撞反应主要是由邻联动特性差异造成的。相同条件下,隔震梁桥的最大撞击力高于非隔震梁桥,连续梁桥的最大撞击力高于简支梁桥的最大撞击力。增大间隙能有效减小碰撞反应强度。对于隔震梁桥,增大隔震支座屈服力会减小碰撞反应强度,但同时会增大墩底弯矩。考虑桥墩非线性或土基础相互作用时简支梁桥与连续梁桥的最大撞击力均比不考虑时大,墩底弯矩均比不考虑时小。     

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。     

考虑水流影响的船桥碰撞效应分析

为研究流体对船桥正面碰撞动力响应的影响,运用ANSYS LS-DYNA软件,分别采用流固耦合法和附加质量法建立考虑流体影响的船桥正面碰撞计算模型,分析不同吃水深度的船体与桥墩碰撞时流场对撞击力和撞击能量的影响,比较在简化的附加质量法中,将水流模拟成不同的附加质量(0.02~0.07倍船体质量)时,撞击力和撞击能量计算的误差。分析结果表明,不同船体吃水深度对船桥碰撞的计算结果有一定的影响,特殊船型和深吃水的情况下需要考虑不同吃水深度所造成的船桥碰撞力的变化。当采用简化的附加质量法考虑水流对船桥碰撞的影响时,0.02~0.07倍船体质量的附加质量参数选取并不能涵盖船舶在不同吃水深度下的流场耦合效应,在船舶深吃水的情况下有接近10%的误差。     

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。     

桥墩破冰体的材料选取的试验研究

为了减小春季流冰时冰排对桥梁结构的破坏,探讨比较适于应用在破冰体的材料.该文通过LS- DYNA显示动力分析软件建立了流冰对桥墩撞击力的有限元计算模型.探讨了破冰体弹性模量与密度的改变对冰排和桥墩的撞击力的影响,并同时比较了用几种材料建造的破冰体的防撞效果的好坏.提出了破冰体的弹性模量的提高会使冰和桥墩的撞击力增大,而...     

某长江公路大桥防船撞设施研究

以某长江公路大桥为研究对象,通过规范和Midas /Civil软件计算出船舶撞击力和桥墩防撞能力,得出了中高洪水位期大桥自身抗撞能力不足的结论。为此,根据桥墩结构的特点和防撞需求,设计了一种自浮式钢覆复合材料防撞设施,并采用LS-DYNA有限元分析软件建立船-桥碰撞模型进行不同工况的模拟。研究结果表明,该防船撞装置能够有效减少桥墩所受的船舶撞击力并延迟撞击时间,船舶撞击力峰值降低幅度可达30%～39%,具有很好的防撞消能效果。     

株洲湘江一桥桥墩抗船撞能力评估及防撞方案研究

船桥碰撞事故常有发生,为评估已建桥梁桥墩的抗船撞性能、指导防撞方案设计,以株洲湘江一桥通航孔8~10号桥墩为对象,建立有限元模型计算了桥墩在受到单位水平撞击力时最危险截面处产生的内力,进而根据相关规范,计算桥墩截面实际能够承受的水平撞击力;建模分析2 000吨级船舶在各工况下撞击桥墩时实际产生的最大船撞力;根据两者计算结果差值评估桥墩的抗船撞能力,提出设置复合材料防撞系统方案并进行比较研究。结果表明:该桥桥墩的横桥向抗撞能力由9号墩强度控制,为11.03 MN;船舶最不利工况撞击桥墩时产生的撞击力为13.55MN,超出桥墩极限抗撞能力;设置复合材料防撞系统后桥墩受到的水平撞击力可明显小于桥墩的水平抗力,从而保证桥墩结构的安全。     

考虑碰撞效应的双柱式高墩桥梁非线性地震反应特性研究

以西南山区线路中常用的双柱式高墩桥梁为研究对象,建立典型桥跨结构的空间动力分析模型,采用非线性动力时程分析方法,详细研究了考虑地震碰撞效应时桥梁结构的地震响应特性,并探讨了接触单元刚度取值、间隙宽度、桥台刚度以及支座滑动性能等非线性边界条件的影响。结果表明:梁间碰撞作用主要发生在近桥台伸缩缝处,碰撞作用减小桥墩的地震响应,同时在梁体中产生较大的短时加速度脉冲效应;考虑桥台的纵向约束作用将使得梁间碰撞效应增强;对于通常设计采用的间隙宽度范围,强震作用时碰撞现象会不可避免地发生;支座滑动性能对桥墩的地震响应起到隔震的作用,考虑支座滑动性能后梁间碰撞次数减少;各种非线性边界条件因素的综合作用使得桥跨结构的地震响应变得较为复杂,为获得结构真实响应结果应该合理考虑这些因素的影响。     

车辆对桥墩撞击力仿真分析及简化计算

为研究车辆撞击桥墩过程中的撞击力及其简化计算方法,采用有限元软件建立等效车辆-桥墩碰撞模型,在验证等效车辆模型合理性的基础上,改变撞击速度得到撞击力时程曲线;提出将车辆碰撞桥墩视为匀减速过程的撞击力简化计算方法,并将简化计算方法撞击力结果和其它3种方法结果以及国内外规范取值进行对比.结果表明:撞击过程中车辆撞击力先后出...     

桥墩撞击力计算及影响因素研究

为研究不同因素对桥墩撞击力的影响,进行了5根钢骨混凝土桥墩的小车撞击试验,通过改变撞击车速、车头形式和桥墩配钢形式得到了不同撞击条件下的撞击力时程曲线,并通过静力试验得到了桥墩撞击点处的"力—位移"关系,最后基于能量守恒建立了桥墩弹性和弹塑性阶段的撞击力计算公式,计算结果与试验结果基本吻合。研究结果表明:撞击能量、车头变形、桥墩刚度和桥墩状态对撞击力有一定影响;撞击力随着撞击能量或接触刚度提高而增大,并随着车头的变形耗能增多而减小。研究结果可为桥墩抗撞设计和研究提供一定参考。     

钢-复合材料组合防撞装置在不同船舶撞击下的性能分析

为了解船-桥碰撞过程中组合防撞装置的防护能力,以东洲湘江大桥为背景,设计一种新型钢-复合材料组合防撞装置(由钢-复合材料迎撞面、复合材料分隔板、内部耗能填充材料和复合材料背撞面组成),采用LS_DYNA软件建立船-防撞装置-桥梁三者有限元模型,分析带球艏船舶、驳船不同水位撞击下有无防撞装置的桥墩结构响应。结果表明:未设防撞装置时,2类船舶撞击下结构响应均较大,相较于带球艏船舶,驳船撞击力峰值较大(10号墩撞击力峰值为17.53 MN);与低水位、平均水位相比,高水位撞击下结构响应较大。设置防撞装置后,带球艏船舶撞击力峰值平均减小30%,驳船撞击力峰值降幅可达54.2%,其他结构响应也明显降低。该防撞装置降低了桥墩结构响应和船舶损伤,具有较好的防撞能力。     

弯扭耦合效应下混凝土桥墩的抗震性能

为了研究地震作用下压弯剪扭耦合作用对桥梁中墩梁固结墩的影响规律,进行了7根压弯剪扭耦合作用下钢筋混凝土桥墩的拟静力试验,确定了桥墩的不同破坏模式,给出了桥墩的剪力-位移和扭矩-扭转角滞回曲线和骨架曲线,分析确定了扭弯比、长细比、纵筋配筋率和箍筋配筋率等参量对桥墩弯扭耦合抗震性能的影响。基于理论分析和拟静力试验,给出了四线式剪力-位移骨架曲线和三线式扭矩-扭转角骨架曲线的理论模型。研究结果表明:理论骨架曲线和试验曲线吻合较好;理论模型揭示了钢筋混凝土桥墩弯曲和扭转的关键影响因素及耦合效应,其中剪力-位移理论骨架曲线主要取决于桥墩破坏截面的弯矩-曲率关系,扭转承载力主要来自于混凝土和箍筋2个部分,墩顶扭转角可以根据混凝土桥墩的弹性扭转角和扭转塑性铰的扭转角叠加计算;弯扭耦合效应会造成混凝土桥墩抗震性能发生明显的变化,较大的扭转效应会使桥墩在达到最大抗弯性能前发生破坏,而弯曲效应会大幅降低桥墩的抗扭承载力;随着长细比的减小,最大剪力增加,极限位移减小,最大扭距基本不变;纵筋率主要影响混凝土桥墩的抗弯承载力,对抗扭性能影响不明显,箍筋率主要影响桥墩的抗扭性能;工程中应采用考虑弯扭耦合的方法进行抗震设计。     

双层悬臂板箱梁的约束扭转效应研究

为了分析双层悬臂板对箱梁约束扭转效应的影响,该文基于传统箱形截面的约束扭转理论,考虑下层悬臂板对整体截面的贡献,结合Ansys数值模拟分析了双层悬臂板箱梁的约束扭转效应。通过定义截面扭转比例系数、翘曲比例系数、约束扭转翘曲正应力和翘曲剪应力比例系数,结合算例详细分析了下层悬臂板对箱梁截面约束系数、扭转中心、扭转角、翘曲率和约束扭转应力的影响规律。结果表明:随着下层悬臂板的增长,截面约束系数增大,下层悬臂板的相对长度大于0.354时,箱梁截面扭转中心在形心之上;随着下层悬臂板的增长,腹板与顶板和底板的相交处约束扭转正应力减小,悬臂板端的约束扭转正应力增大,中性轴与腹板交点处的约束扭转剪应力减小;截面扭转角和翘曲率随着下层悬臂板的增大而减小,截面约束程度提高。     

碰撞荷载下钢筋混凝土动力本构模型研究

为了得到结构在动荷载下的真实响应,需要以合理的动力本构模型为依据,进行非线性有限元分析。首先介绍了用于船舶撞击桥梁的几种使用较多的混凝土动力本构模型:钢筋混凝土损伤模型、弹塑性帽盖模型、TCK模型、RHT模型、HJC模型;然后采用LS-DYNA软件进行了2组仿真分析:刚性小球与混凝土靶墙碰撞试验和重锤与钢筋混凝土梁碰撞试验;针对上述各种混凝土动力本构模型分别进行试验仿真,并将计算得出的动态撞击力-时间曲线和位移-时间曲线与试验数据进行了对比分析,发现钢筋混凝土损伤模型对结构裂缝发展和混凝土损伤变化的仿真更接近试验结果,更准确地考虑了构件配筋率对撞击力的影响。在此基础上,对钢筋混凝土损伤本构关系进行了参数敏感性分析,并提出了考虑多种影响因素的撞击力公式。研究结果表明:最大撞击力随着配筋率和钢筋屈服强度的增加而增大,在船-桥碰撞分析中应考虑其影响。     

考虑剪切效应的混凝土桥墩撞击动态力学特性研究

为研究桥墩撞击剪切动力响应问题,基于Hamilton原理,将剪切变形引入碰撞体系偏微分方程中,考虑材料的动态力学性能,通过Laplace变换和Matlab软件求解,建立了考虑剪切效应的钢筋混凝土和钢骨混凝土桥墩动态剪力方程和动态弯矩方程,揭示了桥墩撞击动力响应受剪切效应影响的力学特征。理论计算和试验结果对比表明:剪切变形对桥墩试件峰值弯矩和峰值主拉应力的平均影响分别为8.82%和18.83%,剪切效应对桥墩撞击动力响应的影响较大,不可忽略。在桥墩抗撞强度设计中,不仅需要验算桥墩最大弯矩截面的拉应力,还应验算墩底的主拉应力,以体现剪切效应对桥墩撞击剪切破坏的影响,保证桥墩结构的安全。     

三种规范对桥梁墩柱撞击力的比较

针对目前桥墩被船撞事故的频发,研究了某大桥水中桥墩在船撞作用下的响应,分别按照公路桥涵04规范、铁路规范、欧洲规范的要求采用不同的船舶撞击力,对各撞击力作用下桥梁墩柱结构进行计算、分析、比较。在3种规范对船舶撞击力的规定中,公路规范取值最小,铁路规范次之,欧洲规范最大,由此在桥墩防撞设计时应引起设计人员足够的重视。     

基于AIS数据的桥梁防船撞结构冲击响应分析

针对目前桥梁船撞影响参数不明确的情况,提出利用AIS数据获得桥区实际通航船舶信息,以此为基础进行桥梁抗撞分析及防船撞装置设计。以武汉长江二桥为例,基于AIS数据获得船舶的重量、偏航角、航速等信息,最终确定抗撞分析采用5000 t级船舶作为代表船型,取上行、下行最大偏航角分别为22°、8°,航速取平均航速(上行1.91 m/s、下行3.28 m/s)。在此基础上,采用显式有限元法对该桥主墩受船舶撞击的动态过程进行数值模拟,将获得的船舶撞击力与规范的计算结果进行对比,发现船舶正向撞击桥墩的碰撞力高出桥墩抗撞力的18.85%。根据桥梁防撞需求和船舶撞击力情况,设计了X形夹层结构防船撞装置,分析该装置的抗撞性,结果表明,该装置具有良好的吸能效果,可减少30%以上的船撞力,且能有效减小船舶损伤。     

红海大桥船舶撞击力选用

采用目前应用比较广泛的几种船舶撞击力计算方法对红海大桥桥墩船舶撞击力进行计算,并与现行公路规范规定的内河船舶撞击力进行比较,提出现行公路规范规定的内河船舶撞击力偏小,安全度低,考虑到近年来部分撞桥事故计算分析情况,为保障桥梁的安全运行,建议采用修正的沃辛公式所计算的驳船撞击力作为船舶撞击力的设计值较为合适。     

偏压作用下钢骨混凝土桥墩斜截面抗剪承载力研究

为了探索不同偏心距的竖向压力对钢骨混凝土桥墩斜截面抗剪承载力的影响,进行了3根钢骨混凝土桥墩在偏压作用下斜截面抗剪试验。试验研究结果表明:偏心压力对钢骨混凝土桥墩的抗剪承载力有一定的影响,随着偏心距的增大,桥墩斜截面抗剪承载力有所降低。而现有规范在桥墩抗剪承载力的计算中并没有考虑偏压对桥墩抗剪承载力的影响。考虑了偏心压力对桥墩抗剪承载力的影响,提出了一个偏心距影响系数Ψ_e,建立了在偏心压力作用下钢骨混凝土桥墩抗剪承载力的计算公式。为钢骨混凝土桥墩在偏压作用下的斜截面抗剪承载力研究和设计提供一定参考。     

桥墩遭受船舶撞击的数值模拟法及其动态响应的研究

桥梁防撞结构的设计需要研究桥梁遭受船舶撞击时的动态响应并获得准确的碰撞力.运用LS-DYNA软件建立了1座分离式桥墩模型和1艘3 000 t级的散货船模型来模拟船桥碰撞的过程.为了考虑流体在碰撞过程中的作用,计算时分别以不考虑流体影响、附加质量和流构耦合3种计算模型来分析、比较流体对船桥碰撞响应的影响,并得出以下结论:不同的计算模型的系统能量变化和船舶碰撞力基本一致,流体的存在对碰撞力的影响较小;桥墩的水平位移响应要滞后承台约0.2s,附加质量模型的桥墩和承台水平位移比其余2种模型要略大;附加质量模型的计算结果与流构耦合模型的计算结果基本一致,但附加质量模型具有更高的计算效率,其计算用时仅为流构耦合模型用时的2/5.