基于三维摩擦-接触模型的连续梁桥地震碰撞效应分析

地震作用下桥梁的碰撞作用是导致桥梁局部破坏的重要原因之一,为分析连续梁桥在地震作用下的碰撞响应,通过Hypermesh与ABAQUS软件建立了全桥有限元模型,基于三维接触-摩擦碰撞模型分析碰撞作用对梁体与桥墩的影响,研究结果表明:多维地震输入时伸缩缝处碰撞总次数与最大碰撞力远大于单维输入与双维输入工况,为设计安全考虑,...     

连续梁桥纵向地震碰撞反应参数研究

针对连续梁桥在地震作用下伸缩缝处的碰撞现象,建立了考虑支座非线性和墩柱弹塑性的碰撞模型。在此基础上,应用非线性时程方法研究了纵向地震作用下连续梁桥相邻联的非同向振动和伸缩缝处的碰撞效应。分析结果表明:影响碰撞反应的主要因素是相邻联的周期比和基本周期的大小,相邻联的质量比、伸缩缝间隙大小以及墩柱的弹塑性等因素对连续梁桥地震碰撞反应也有重要影响。同时还发现:碰撞对高度不同向振动的相邻联影响较大,当相邻联的周期比T1/T2>0.7时,碰撞对连续梁桥纵向地震反应的影响较小。     

地震作用下高速铁路多联大跨连续梁桥碰撞效应研究

为研究采用支座隔震设计的高速铁路多联大跨连续梁桥在地震作用下的邻梁碰撞效应,选取某铁路三联12跨预应力混凝土连续梁为实际工程背景,采用SAP2000分别建立考虑CRTSⅡ型板式无砟轨道体系的线桥一体化模型和不考虑轨道约束的传统模型,基于PEER强震数据库,选取近远场共7条地震波,考虑地震波纵向和纵向+竖向两种输入模式,首先以碰撞力峰值及碰撞次数作为评价指标,讨论了两种模型伸缩缝处的响应规律,并揭示其机理,然后考虑伸缩缝不同间隙,对两种模型的碰撞响应进行对比,最后引入碰撞影响因子,对碰撞引起的固定支座的剪力变化情况进行了分析。结果表明:不同地震波激励下碰撞特征为一次碰撞激发巨大碰撞力和多次连续碰撞;轨道系统的存在使得远场地震动下碰撞消失,近场地震动下碰撞减弱;无论邻梁碰撞反应还是碰撞对下部结构的影响,相比远场地震波,脉冲特性使得近场地震波作用效应更剧烈;考虑竖向地震动时,双曲面隔震支座动反力变化可能引起支座滑移位移增大导致碰撞效应增大;碰撞对传统模型固定墩的影响较隔震体系更明显。建议位于高烈度区以支座为隔震设计的桥梁考虑邻梁碰撞进行减隔震设计计算。     

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。     

Effect of Pounding at Expansion Joints of Long-span Triple-pylon Suspension Bridge on Seismic Response of the Structure

针对大跨桥梁在地震作用下伸缩缝处的碰撞现象,以一座大跨3塔悬索桥为例,建立了考虑塔、墩弹塑性的空间非线性碰撞模型,采用非线性时程法研究了地震作用下伸缩缝处碰撞对结构地震响应的影响.分析结果表明:当引桥振动基本周期大于主桥位移控制振型周期时,碰撞可能使引桥墩底、主引桥相对位移及引桥梁体搭接长度响应地震增大,且随着主桥和引桥位移控制振型周期差异逐渐增大,碰撞效应总体上对主桥的地震响应影响较小.     

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.     

改变支座模型对梁式桥地震反应的影响分析

针对一座4跨梁式桥在地震作用下的反应,采用大型有限元分析程序ANSYS,选取空间梁单元建立4种模型进行了动力特性分析;并选取3条地震波,进一步对比分析了支座模型改变后连续梁桥和简支梁桥内力和位移的地震反应。结果表明:改变梁式桥支座模型,上部结构在桥台和梁端间伸缩缝处及相邻梁和桥墩间伸缩缝处相对位移的地震反应会明显变大,但桥墩内力和位移的地震反应明显减小,隔震效果显著;合理选择台梁间、墩梁处和相邻梁体间伸缩缝处限位弹簧装置的刚度可以有效地减小上部结构在地震中的相对位移,防止其发生梁端碰撞和落梁破坏。     

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。     

地震作用下桥梁结构碰撞单元参数确定研究

地震作用下相邻桥梁结构间存在碰撞效应,该效应属于动力学问题,并受多种因素的影响。文中针对碰撞单元刚度参数取值这一因素进行分析。介绍了碰撞作用的基本理论,分析碰撞作用对桥梁结构的具体影响,利用miads软件建立连续梁桥计算模型并施加地震波,针对碰撞单元刚度的取值分8个工况进行分析,以论证其对碰撞效应的影响,以便确定最合理的刚度值。     

考虑主梁碰撞效应的减隔震连续梁桥设计与计算

美国北岭地震(Northbridge)、皮瑞塔地震,中国的汶川地震等调研资料表明伸缩缝处的破坏是桥梁的主要震害之一。采用隔震设计的桥梁其伸缩缝变形量不仅要根据温度变化计算,同时必须考虑由于相邻联桥之间的地形、几何线形(斜交)、刚度变化等因素,结合伸缩缝处在地震时出现的碰撞情况来设计变形量。使用隔震技术的桥梁如果仅从墩柱强度和延性出发而没有上部构造做相应配合,则其收效甚微。该文以乌鲁木齐绕城高速公路某桥作为背景,考虑地震情况下可能发生伸缩缝处的主梁碰撞效应,对与隔震技术配套使用的伸缩缝进行了动力时程分析和研究。通过对不同伸缩量的比较和不同地震强度等级下的计算,明确了伸缩缝的选择原则。研究了相邻跨周期比对地震中主梁碰撞的影响,同时对强震下桥梁结构的安全进行了评估分析。     

大跨度连续刚构桥地震碰撞效应研究

针对地震作用下的桥梁结构伸缩缝处的碰撞现象,基于刚体碰撞分析理论,采用间隙单元模拟碰撞作用,建立了大跨度连续刚构桥在安评波作用下的有限元模型,分析表明:该桥在地震作用下,桥墩的塑性变形降低了结构内力反应,但增大了结构位移,增强了碰撞效应;桥梁碰撞力相当大,最大达到原结构的10.9倍,易导致梁端混凝土受压破坏;该文分析方法可为同类型分析提供参考。     

纵向地震作用下大跨斜拉桥主引桥碰撞效应研究

地震作用下大跨斜拉桥梁端会发生很大位移,过大位移可能会导致主梁与引桥发生碰撞。针对地震作用下大跨斜拉桥伸缩缝处的碰撞现象,以一座大跨斜拉桥工程设计为例,采用非线性时程法研究了纵向地震作用下大跨斜拉桥主引桥碰撞效应对结构地震反应的影响规律。研究结果表明:碰撞效应不仅会产生很大的撞击力,而且可能使引桥地震力需求、引桥梁端位移、主引桥相对位移及引桥梁体搭接长度需求有较大增长,极易造成引桥的落梁或者破坏;但碰撞效应对主桥的地震需求影响较小。     

考虑邻梁碰撞的多跨长简支梁桥落梁震害分析

以1976年唐山地震破坏的滦河桥为例,选择合适的地震波并以行波方式输入,利用时程分析法研究了邻梁碰撞对多跨长简支梁桥落梁震害的影响问题,得到了几点共性认识:①碰撞一般首先发生在近震源的桥台处,为几跨几乎同时发生的同向追赶碰撞,此类碰撞以行波方式向桥梁远端传递,并因伸缩缝宽度的累加作用而使碰撞逐渐减弱;②桥梁中部各跨因远离桥台,运动受约束较弱,加之受桥梁端部各跨的碰撞推顶作用,墩梁间将会发生更大的相对位移,易在强烈地震中首先发生落梁;③输入加速度峰值正、负不同,邻梁碰撞对全桥墩梁最大相对位移发生与分布的影响有很大不同。基于实际震害和纵桥向非线性地震反应分析,提出了近断层地震动可能是造成滦河桥落梁震害重要外因的新观点。     

考虑行波效应的长联大跨径减隔震连续梁桥地震响应研究

为探讨行波效应对长联大跨径减隔震连续梁桥结构地震响应的影响规律,以某长联大跨径钢桁架连续梁桥为对象,建立了该桥采用双曲面球型减隔震支座进行减隔震设计的三维有限元分析模型,通过基于大质量法的非线性时程分析,对该桥考虑行波效应和一致激励下的地震响应进行了计算和对比分析。研究结果表明:行波效应对大桥地震响应的影响较为明显,且与一致激励工况相比,考虑行波效应后大桥内力响应可能发生明显增大,不利于结构安全,而导致响应增大所对应的地震波视波速则会随支座参数改变发生变化;同时主梁位移则随加载视波速的增加缓慢增大,在一致激励作用下达到峰值;在类似减隔震设计中,应考虑行波效应的影响以保证结构响应在安全范围内,主梁位移可偏安全地以一致激励所得结果为准。     

实际土层对高墩桥梁端碰撞的影响

为了研究实际场地土层对高墩大跨连续刚构桥在地震作用下梁端碰撞概率的影响,基于非线性有限元软件OPENSEES建立了某三跨高墩连续刚构桥梁端伸缩缝宽度分析的有限元模型。基于DEEPSOIL软件考虑实际土层分布对从基岩传播到桥墩和桥台基础的地震波的过滤作用,以概率论为理论基础,提出了一种以基岩峰值加速度为强度指标的多点地震激励下梁体碰撞概率分析方法,借助此分析方法对某三跨高墩连续刚桥梁进行多点地震激励下的增量动力非线性分析,并与未考虑实际土层过滤影响(一致激励)的结构响应进行对比分析。研究表明:随着基岩加速度峰值增加,一致激励时梁端伸缩缝宽度需求值逐渐大于考虑土层过滤作用(多点激励)的值;随着伸缩缝宽度和加速度峰值的同时增加,多点激励作用下工况1(1~#和4~#桥台至少有1次发生碰撞的碰撞概率)和工况2(1~#和4~#桥台同时发生碰撞的碰撞概率)均大于一致激励作用下的系统碰撞概率;工况1时一致激励与多点激励概率基本一致,而在工况2中,多点激励比一致激励下系统碰撞概率最大相差约0.06;确定高墩大跨连续刚构桥的伸缩缝宽度取值时,考虑实际场地土层分布是非常必要的。     

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。     

考虑双向碰撞的斜交桥抗震性能分析

地震作用下,采用板式橡胶支座的斜交桥易产生滑移,导致主梁发生较大的位移,并与桥台和横桥向挡块发生碰撞。为分析公路斜交桥碰撞作用机理及其影响因素,对一座三跨连续斜交桥进行非线性时程分析,考虑了不同斜交角(取值0°～60°)和横向挡块间距等因素,分析了纵、横桥向不同碰撞模型及其设计参数对桥梁地震响应的影响。结果表明:斜交桥在纵、横桥向的碰撞作用是主梁发生转动的主要因素;该文采用的弹塑性碰撞模型能较好地反映斜交桥地震响应的不规则性;挡块间距的改变会增加桥台处不均匀碰撞现象,显著影响斜交桥碰撞效应,可通过选择合理挡块初始间距来降低地震损伤。     

地震作用下曲线匝道桥梁伸缩缝碰撞响应

针对曲线匝道桥梁的伸缩缝地震碰撞破坏现象,依托一座多层互通式立交体系中的单支带伸缩缝曲线匝道桥工程,用Kelvin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.文章建立了包含墩柱、主梁、支座和伸缩缝的全桥空间动力模型,利用非线性时程分析法,针对2个计算模型,分别输入多种地震动工况,对比分析曲线匝道桥...     

高速公路特大桥预应力连续梁桥悬臂施工控制研究

以某一大跨径预应力连续梁桥为对象,通过MIDAS/Civil建立桥梁悬臂施工阶段以及成桥阶段的结构模型,分析桥梁不同工况和不同施工荷载下的位移云图和应力云图,获得桥梁变形特征和应力特征。研究结果表明:悬臂施工段,悬臂端自重横载作用和张拉预应力作用下产生最大累计位移由悬臂根部逐渐增大;由于最大位移相反,因此预应力累计位移能够较好的抵消恒载位移影响;悬臂阶段,主梁最大应力出现在墩梁固结处,主梁应力由墩体位置向合拢段逐渐减小,在合拢处取得最小值;成桥阶段主梁合拢段产生最大应力,由合拢区向墩梁固结处应力逐渐减小,在墩梁处取得最小应力,位移量由合拢处向左右两侧块逐渐增大;中跨合拢60 d后桥面铺装时,最大位移量出现在中跨合拢段;桥梁投运3 a后主梁整体位移表现出不确定性,各块均表现出不同程度的增大或减小。     

边界条件对CFST拱桥抗震性能影响分析

大跨度系杆拱桥有多种约束形式,不同的约束形式在地震作用下的内力响应不同。该文建立跨径120m系杆拱桥模型,采用时程分析法,对其从纵向、横向、纵向加竖向及三向进行多维一致激励输入地震波。发现横向约束减弱时,桥梁扭转增强;不同方向输入地震波时,产生的内力区别较大。通过对比分析,3种约束形式中,均是固定支座和一端固定、一端释放顺桥向约束的两种模型综合抗震性能较强。