基于主导模态的高速铁路矮塔斜拉桥易损性地震动强度参数研究

以怀邵衡铁路(90+180+90)m矮塔斜拉桥为工程依托,采用平均振型能量系数作为桥梁主导模态识别指标,在此基础上提出用于评估桥梁易损性的基于主导模态的地震动强度参数,并进行该参数的合理性分析。结果表明:基于主导模态的地震动强度参数充分考虑了地震动及结构自振特性,与桥梁地震损伤分析结构响应参数具有很强的相关性;针对高速铁路矮塔斜拉桥地震响应特性,斜拉索索力变化率相对其他需求参数敏感性较弱,较难量化结构地震功能损伤程度;与传统参数相比,基于主导模态的地震动强度参数在相关性、充分性及高效性上具有较强的优势,该参数可用于同类型桥梁地震功能易损性分析。     

行波效应对矮塔斜拉桥弹塑性地震响应的影响

研究目的:为探讨行波激励条件下铁路矮塔斜拉桥弹塑性地震响应的变化规律,基于弹塑性分析理论基础,本文以某主跨(144+288+144)m的铁路矮塔斜拉桥为工程背景,采用大刚度法实现多点激励以模拟行波效应,对比分析一致激励和行波激励(考虑不同剪切波速)条件下铁路矮塔斜拉桥弹塑性地震响应的差异。研究结论:(1)相比一致激励,行波效应会引起桥墩产生更大的弹塑性位移、弯矩响应及其非线性位移延性比(延性指标),并使桥墩发生更大的塑性变形;(2)当剪切波速为200 m/s时,行波效应使9~#、10~#主墩福州与平潭侧薄壁墩身非线性位移延性比分别增大6.32%、17.90%、17.67%和33.92%,降低了其延性抗震能力;(3)进行类似结构延性抗震设计时,应考虑地震行波效应的影响;(4)该研究成果可用于指导桥梁延性抗震设计。     

异形独塔双层桥面斜拉桥动力特性及地震反应分析

固有频率和振型是反映结构动力特性的主要模态参数,是评价桥梁动力性能的重要依据。结合深圳皇岗—香港落马洲独塔双层桥面斜拉桥的工程设计实例,采用大型有限元分析程序建立全桥结构有限元模型,对独塔斜拉桥结构的一般动力特性进行了分析,并采用反应谱法对该桥进行了线性地震反应分析,讨论了在两种振型组合方法和三组振型数情况下独塔斜拉桥地震响应的最大值,为该桥的抗震、抗风分析提供参考。     

双索面弯塔宽幅斜拉桥抗震分析

以郑州望龙西双索面弯塔宽幅斜拉桥为研究对象,采用大型有限元软件ANSYS建立桥梁的空间杆系有限元模型,进行了桥梁的动力特性分析,得到其固有频率和振型特点等模态参数;采用时程分析和反应谱法两种不同的方法对宽箱梁斜拉桥的地震响应进行了分析。结果表明:两种分析方法得到的地震响应规律相同,横桥向地震荷载作用对桥梁地震响应影响较大。本文的结果可为同类型桥梁的抗震设计提供理论参考,具有一定的工程应用价值。     

不同阻尼计算模式对斜拉桥地震响应分析的影响

大跨度斜拉桥阻尼组成复杂,各阶振型的阻尼差别较大。为了研究阻尼计算模式对斜拉桥地震响应分析结果的影响,以主跨448 m的杭州湾跨海大桥北航道桥为对象,对应用考虑结构阻尼分布影响的振型应变能比例阻尼理论、常数阻尼、Rayleigh阻尼理论的适用性进行分析。结果表明,地震响应结果与所用的阻尼理论有关,常数阻尼不能很好反映结构的阻尼特性,而Rayleigh阻尼模式的计算结果取决于选取的参考振型,在较大的频率范围内存在过大或过小估计结构阻尼的问题,具有很大的随意性。相比之下,振型应变能比例阻尼理论能够考虑斜拉桥阻尼的分布特性,比较合理。     

矮塔斜拉桥结构校验系数通常值研究

国内相关检定规范未给出矮塔斜拉桥结构校验系数通常值分布区间,通常参考其他类型桥梁的结构校验系数对实桥试验数据进行评价.结构类型差异、计算模型偏差、桥梁结构病害等均会对结构校验系数的分布产生一定的影响.本文以23座矮塔斜拉桥实桥试验数据为样本,采用统计方法对采用预应力混凝土主梁的矮塔斜拉桥实桥试验结构校验系数进行研究,得...     

基于单元模态应变能法的桥梁结构损伤识别研究

桥梁结构损伤识别是对桥梁结构进行安全性评定的一个重要环节。本文首先根据桥梁结构损伤前后动力特性分析,导出由于单元损伤引起的结构模态振型的改变系数;然后,运用结构局部损伤因子法建立单元损伤敏感的指示因子,推导出单元损伤前后的单元模态应变能的变化,并对损伤单元与未损伤单元之间的关系进行了研究。最后,以单元模态应变能的变化率作为损伤定位的判别参数,对桥梁结构损伤定位的识别方法进行了研究,并以一座装配式预应力钢筋混凝土系杆拱桥作为工程实例,通过其在不同损伤情况下计算结果和实测结果的分析和讨论,说明该方法能够比较准确地对结构损伤进行定位识别,同时也证明本文研究方法的正确性和有效性。     

深水库区铁路斜拉桥地震反应分析

以某深水库区铁路大跨度斜拉桥为研究对象,建立考虑动水压力效应的全桥空间动力计算模型,分析动水压力对桥梁动力特性及弹性地震反应的影响程度。结果表明:桥塔附加水体质量对斜拉桥的体系纵漂及体系对称竖弯振型影响较明显;考虑塔身的水体附加质量时,塔身控制截面的地震反应增加较大,且顺桥向地震反应增加明显大于横桥向的地震反应。因此对处在深水库区的铁路大跨桥梁,应考虑水体附加质量对桥梁地震响应的增大效应,否则设计将偏于不安全。     

高速行车时多塔斜拉桥动力性能研究

以某三塔斜拉桥设计方案为背景,通过数值计算分析,研究高速磁浮列车通过多塔斜拉桥时的结构动力性能。研究表明,三塔斜拉桥由于一阶竖弯振型的反对称性,在列车荷载作用下其行车方向的第二主跨易发生二次激振现象,使该跨的动力响应大于第一主跨,且桥梁竖弯基频越低,二次激振效应愈明显。为了降低桥梁过大的动力响应,提出几种加劲措施,分析表明,采用钢桁架加劲方案能大幅度提高桥梁的整体刚度,极大地改善其力学性能;采用中塔塔梁固结、边塔漂浮的结构体系对桥梁整体刚度的提高较为明显,适于多跨长联多塔斜拉桥。     

考虑桥面初始变形的大跨度斜拉桥车桥耦合振动分析

新建郑州至济南高速铁路山东段黄河特大桥采用预应力混凝土部分斜拉桥体系,桥梁跨度布置为(108+4×216+108)m,设计速度350 km/h。建立列车-桥梁空间振动分析模型,对桥梁的自振特性进行分析,并考虑了长、短波不平顺与温度荷载不同组合工况下桥面初始变形的影响,当列车以不同速度通过时,对列车和桥梁的动力响应进行了评价。计算结果表明:桥梁前2阶振型表现为塔梁横弯,塔梁竖弯相对滞后,而塔梁纵飘出现最晚;当列车分别以设计速度和检算速度通过该桥时,列车与桥梁的动力响应均满足要求,列车乘坐舒适性达到"良好"标准以上;各工况下列车和桥梁的动力响应差异不大,桥面初始变形对车桥耦合振动的影响主要体现在变形幅值上。     

大跨度桥梁损伤诊断研究

建立简化的汀九斜拉桥有限元模型 (FEM) ,计算该桥的动力特性 ,利用完备模态应变能法 (CMSE)进行该桥的损伤诊断数值仿真试验。结果表明简化的汀九斜拉桥 FEM能够反映真实结构的动力特性 :完备模态应变能法适用于低频密频的大跨度斜拉桥、悬索桥等柔性结构 ,并且只需少量低阶模态即可保证结构损伤诊断精度     

公轨两用大跨度单索面钢桁梁斜拉桥动力特性研究

以某公轨两用大跨度单索面钢桁梁斜拉桥为背景,采用有限元结构分析软件MIDAS/Civil 2019建立考虑施工阶段的全桥3维有限元模型,考虑几何非线性并采用子空间迭代法对桥梁振型进行分析,对索面布置、恒载集度、塔刚度、索刚度、梁刚度、辅助墩数量进行参数改变,研究其对桥梁动力特性的影响。结果表明:单索面钢桁梁双塔斜拉桥抗弯、抗扭刚度较弱,将单索面布置改为双索面布置,可增强斜拉桥的抗扭刚度,并在一定程度上避免弯扭耦合振型的出现;选择轻型2期恒载可增强桥梁的抗震、抗风稳定性;提高塔和梁的刚度可增强桥梁的抗震和抗风稳定性,但索刚度的变化对桥梁动力特性影响较为复杂;科学地增设辅助墩可优化桥梁的动力性能。     

考虑实际场地的矮塔斜拉桥非线性地震响应分析

为研究场地条件对矮塔斜拉桥非线性地震响应的影响,明确空间变异场地条件对矮塔斜拉桥抗震性能分析的重要性,采用不同场地条件下的抗震设计反应谱作为目标谱,从PEER数据库选择与不同场地反应谱兼容的实测地震记录.以一座主跨为176 m的矮塔斜拉桥为例,基于OpenSEES建立三维非线性有限元模型,对该桥梁进行一致激励和多点激励...     

主跨532m公铁两用斜拉桥的地震响应及阻尼器减震效果研究

以我国首座跨海公铁两用钢桁斜拉桥——元洪航道桥(主跨532 m)为研究对象,采用空间板梁单元法建立有限元模型,对该桥地震响应特征及阻尼器减震效果等进行了研究。结果表明:大跨度斜拉桥动力特性分析除应考虑拉索垂度效应外,也应同时考虑梁—柱效应;动力特性分析时宜优先采用多重Ritz向量法,以使振型参与质量更快达到抗震计算要求;不同地震水平下,边墩和辅助墩的墩底、主塔塔底和下横梁附近截面将承受较大弯矩,为地震易损部位;N4#塔梁间设置纵向黏滞阻尼器后,罕遇地震作用下N3#主塔(支座纵向固定)顺桥向弯矩、结构纵向位移均明显减小,最大减幅分别达40.6%和44.8%,减震效果明显。     

武九客运专线铁路(82+154+88)m矮塔斜拉桥设计

武汉至九江客运专线铁路西南下行联络线特大桥主桥采用(82+154+88)m矮塔斜拉桥跨越3条既有铁路。通过对矮塔斜拉桥结构形式、主梁构造、桥塔及斜拉索锚固型式、施工方法等进行设计研究,得出如下结论:桥梁满足功能性要求;新型抗滑鞍座能够起到有效锚固作用;转体施工降低了对铁路运营的干扰;桥梁各项指标均满足相关规范的要求。     

非对称矮塔斜拉桥桥塔抗震性能分析

为研究高桥墩非对称矮塔斜拉桥桥塔和桥墩的抗震性能,基于桥梁抗震中反应谱分析理论,以一座高桥墩铁路矮塔斜拉桥为工程背景,建立其整桥模型和裸塔模型,进行模态分析和内力位移分析,并对桥塔在整桥状态下和裸塔状态下进行对比研究。研究表明,在相同地震力作用下,整桥振型周期较大,顺桥向裸塔与整桥的桥塔有明显的差别。     

矮塔斜拉桥塔高优化

本文以主梁弯曲应变能最小及塔高最小为目标函数 ,建立了矮塔斜拉桥塔高优化模型 ,探讨了通过调整拉索初张力优化 (降低 )矮塔斜拉桥塔高的可行性。本文以一矮塔斜拉桥为背景 ,分析了独塔两跨矮塔斜拉桥塔高变化时调整拉索初张力的效果 ,对进一步认识矮塔斜拉桥的结构性能及同类桥梁的塔高优化设计有一定的参考意义     

高速铁路高低塔斜拉桥抗震性能研究

为探讨高速铁路高低塔斜拉桥结构体系、固定支座设置位置以及阻尼器参数选取对于结构抗震性能影响,以阜淮高铁跨径(31+73+230+114+40)m高低塔斜拉桥为背景,根据不同结构体系及阻尼器参数建立有限元模型,采用时程分析法对结构内力及位移等目标函数进行地震响应分析。分析结果表明：(1)在高塔设置固定支座的半漂浮体系使高低塔斜拉桥受力更加合理,可以更好地发挥结构的抗震性能;(2)在阻尼常数C=2 000～5 000 kN/(m/s),阻尼指数α=0.2～0.5范围内,随着C、α增大,结构抗震性能随之增强;(3)结构一阶振型为主梁一阶竖弯+高塔纵向弯曲,该桥在设计地震作用下处于弹性工作状态,在罕遇地震作用下处于基本弹性工作状态,抗震性能满足规范要求。     

商合杭铁路矮塔斜拉桥无砟轨道适应性研究

研究目的:高速列车运行对无砟轨道的平顺性要求非常严格,而大跨度桥梁在温度荷载作用下引起的主梁竖向变形是引起轨道平顺性发生变化的主要原因。本文以商合杭铁路沙颍河大跨度矮塔斜拉桥为背景,对不同的桥梁结构体系、边跨比、主梁类型、梁高、斜拉索规格及布置、桥塔高度等进行对比分析,研究其对温度变形的影响,从而确定矮塔斜拉桥的无砟轨道适应性。研究结论:(1)矮塔斜拉桥可以满足无砟轨道的平顺性要求,保证高速铁路的行车安全性及舒适性;(2)有效释放梁体收缩徐变及温度变形的桥梁结构体系更加容易满足轨道平顺性要求,应优先选用;(3)斜拉索的温度变化及索梁温差是引起主梁竖向变形的主要因素,确定合适的斜拉索规格、安全系数、索间距,既能充分发挥斜拉索对主梁的贡献,又能减小温度荷载作用下主梁的竖向变形;(4)为减小斜拉索对温度变形的影响,主梁宜采用混凝土结构;(5)本研究成果对今后高速铁路矮塔斜拉桥设计具有一定的指导意义。     

粘滞阻尼器对钢桁梁斜拉桥纵向振动响应的影响分析

桂平郁江特大桥是南宁至广州铁路的重点工程之一,位于西江航运干线贵港至桂平河段,跨郁江主桥为(36+96+228+96+36)m五跨连续钢桁斜拉桥。设计速度250 km/h,为有砟轨道双线桥梁。由于桂平郁江钢桁斜拉桥的主梁和桥塔间采用纵向无约束的漂浮体系,列车制动及地震会引起主梁纵向较大的振动位移和桥塔根部较大的纵向弯矩,影响桥梁的正常使用和安全。文章以桂平郁江钢桁斜拉桥为例,对钢桁梁斜拉桥在列车制动力和地震作用下,粘滞阻尼器对结构振动响应的影响进行了详细的分析,结果表明:粘滞阻尼器能显著减小列车制动及地震作用下主塔塔顶位移及主梁位移,具有较好的减振效果;粘滞阻尼器能较好控制结构在塔梁连接处的内力,特别对主塔控制截面的弯矩及剪力改善较为明显,能够保证大桥的正常运行和安全。