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.     

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。     

伸缩缝间隙及纵向阻尼器对斜拉桥的碰撞影响

针对目前国内关于斜拉桥伸缩缝间隙对斜拉桥地震响应影响规律的研究还不够深入和全面,以九江斜拉桥为分析对象,建立碰撞分析模型,不仅较为系统地分析了伸缩缝间隙对斜拉桥与引桥之间碰撞响应的影响规律,而且研究了伸缩缝间隙对斜拉桥关键截面内力和梁端纵向位移的影响情况,并与设置纵向阻尼器后的情况进行了对比分析.研究表明:伸缩缝间隙不仅对伸缩缝处的碰撞响应有较大影响,而且对引桥固定墩墩底弯矩、塔底弯矩及梁端纵向位移响应也有一定影响.设置纵向阻尼器不仅可以有效降低伸缩缝处的碰撞响应,而且对控制斜拉桥主桥关键截面的内力和位移响应均有较好的效果,是一种比较理想的斜拉桥减震措施.     

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。     

大跨度斜拉桥随机地震响应分析

为分析地震动空间效应对大跨斜拉桥的地震动响应的影响,采用绝对位移求解的虚拟激励法结合通用有限元软件对大跨度斜拉桥进行多维多点地震动输入的随机地震响应分析,从响应功率谱角度分析了在多维多点作用下结构的地震响应规律,结果表明:1)行波效应对结构位移和内力有利;2)局部场地效应对结构响应的影响与结构边界条件和刚度有关。     

山区高墩桥梁的多点激励随机响应

为了研究山区高墩桥梁在地震动作用下的特殊抗震性能,基于随机振动理论,研究了场地效应、相干效应及行波效应对高墩桥梁在强地震多点激励下的随机响应规律,及墩高变化对高墩桥梁地震响应规律的影响.研究表明:场地效应对高墩桥梁地震响应影响明显,软场地墩的位移值约为硬场地的12倍,行波效应的影响次之,相干效应的影响最小.场地效应对桥梁的影响大小取决于场地卓越频率是否接近于桥梁自振频率;行波效应是不可忽略的一个重要因素,中场地时桥墩最小的位移值约为最大值的30％,软场地时最小值约为最大值的60％;与场地效应和行波效应相比,部分相干效应对桥墩顺桥向位移影响较小.对于山区高墩桥梁随机地震响应分析,考虑地震动空间效应的多点激励分析是必要的.应对有可能的桥型(不同墩高和墩高差)进行分析,以确定地震力最小的桥型并注意桥梁截面抗力的提升和附加减震措施.     

地震作用下连续梁桥伸缩缝处单边碰撞效应研究

为研究多维地震作用下连续梁桥伸缩缝处的碰撞效应,基于接触单元法中Kelvin碰撞模型,利用Ansys建立了全桥有限元分析模型,并将EI地震波分为单向地震、双向地震、考虑扭转分量的多维地震3种不同工况,对比分析了3种地震作用工况下的连续梁桥伸缩缝处单边碰撞效应对梁体位移、墩顶位移及梁体应力的影响。研究结果表明:3种不同工况地震波作用下,考虑扭转分量的地震波作用工况下碰撞效应对桥梁结构的影响尤为显著,且碰撞效应对梁体各跨跨中的压应力影响非常明显,碰撞效应下桥梁跨中最大压应力结果为不考虑碰撞效应结果的7.8倍。     

大跨斜拉桥地震反应分析

大跨度斜拉桥的地震反应分析需要考虑地震的行波效应。该文以一座大跨漂浮体系斜拉桥为实例,建立了该桥的空间动力有限元模型,研究了该桥的动力特性。采用相对运动法,计算分析了不同视波速的地震行波作用下大跨斜拉桥的地震反应,给出了斜拉桥主梁跨中和塔底内力以及纵桥向位移的地震响应规律,取得了一些有价值的结果,可为大跨斜拉桥的抗震设计提供参考。     

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。     

大跨三塔斜拉桥非线性地震响应分析

为评定某大跨三塔斜拉桥的抗震性能,文章对该结构开展非线性地震响应分析。根据场地类型选取El Centro地震波、Chi-Chi地震波并进行调整,并于桥址处人工合成地震波一起作为结构地震动输入,考虑结构非线性以及边界非线性,采用Newmark-β逐步数值积分方法进行桥梁结构非线性时程分析,得到不同地震波激励下,结构位移及内力响应。     

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。     

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.     

基于多点激励的刚构—连续组合梁桥行波效应分析

为了探讨行波效应对刚构-连续组合梁桥结构不同部位响应极值的影响规律,以某48 m+5×80 m+48 m刚构-连续组合梁桥为背景,建立刚性地基和弹性地基2种计算模型,采用大质量法(LMM)求解了一系列相位差条件下结构的非线性地震响应.分析结果表明:对于主跨大于或等于80 m的刚构-连续组合梁桥,在抗震设计中必须考虑行波效应的影响,且应重点关注刚构墩的地震响应;在进行行波效应分析时必须根据基岩类型选择恰当的相位差输入,以此来获得结构真实的地震响应;在纵向行波作用下,结构的内力响应峰值和位移响应峰值均随相位差呈周期性变化,其变化周期与结构的特征周期相一致.     

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。     

跨断层独塔斜拉桥的非线性地震响应特性研究

跨越活动断层的桥梁结构面临地震时断层错动的严重威胁。为合理模拟跨断层地震动的滑冲效应脉冲，基于近断层脉冲型地震动的分解-叠加方法，发展了一种可体现场地高频特征的跨断层地震动合成方法。首次采用最大位移与永久位移之比作为波形参数，基于搜集的96条包含永久位移的地震记录，建立了波形参数与脉冲参数之间的联系。结果表明：所建议方法可以准确地对实际跨断层地震动进行模拟。选取某引桥跨越断层的深水独塔斜拉桥为对象，研究了三向地震动作用下断层跨越角度、断层永久位移、断层最大位移对斜拉桥非线性动力响应的影响规律。结果表明：断层跨越角度对斜拉桥及其引桥地震响应的影响显著，90°左右（60°~105°）跨越断层时主塔的整体安全性更高，这是由于此时脉冲效应主要方向与主塔底抗弯能力较强的方向相一致，主塔的受力分配更为合理，可避免塔底进入强烈的双向非线性受弯状态；同时，90°左右跨越时，跨断层跨的落梁风险最小；随着断层永久位移的增大，主塔响应小幅增长，而墩梁相对位移则明显增大；最大位移与永久位移比表征了平行断层地面运动动力分量与拟静力分量的比例，主塔塔底响应及墩梁位移均随其增大而明显增大，且小角度跨越时跨断层简支梁具有较大的落梁风险。     

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。     

高架桥模型考虑行波效应下的动力反应研究

城市高架桥的主要型式是连续桥梁,多跨连续梁桥由于延伸长,跨数多,在研究其抗震性能时,需要考虑多点激励下结构的动力反应,因此高架连续梁桥成为典型的研究对象,行波效应是多点地震地面运动分析方法中最常用的一种方法,因此被地震分析中普遍应用。将几何比例为1：10的连续梁桥缩尺模型为研究对象,完成了纵向一致地震动输入和行波输入下数值模拟得到结构动力反应分析的对比。结果表明：考虑行波效应会对一端滑动支座相对位移产生影响,因此考虑行波效应研究高架桥地震反应是极其重要的。     

行波效应对超大跨径多塔斜拉桥地震响应的影响

以某跨海工程2×1 500m三塔斜拉桥设计方案为背景,采用非线性时程分析方法,考虑多点激励地震输入,研究了多点激励行波效应对超大跨径多塔斜拉桥的地震响应影响,比较了不同地震视波速和地震动频谱特性对桥梁结构地震响应的影响规律。结果表明,对于超大跨径的多塔斜拉桥,多点激励行波效应对其地震响应有显著影响,行波效应对超大跨径多塔斜拉桥地震响应的影响受地震动频谱特性的影响较大,对于超大跨径多塔斜拉桥的抗震设计仅考虑一致激励输入是不合理的。     

不同支座形式对临猗黄河大桥地震响应影响研究

以临猗黄河大桥主桥(112+14×128) m+(14×128+120) m高墩长联组合梁桥为背景,研究不同支座形式对高墩长联组合梁桥地震响应的影响。建立该桥有限元模型,考虑支座在强地震动作用下发生的滑动特性,采用非线性动力时程分析方法对摩擦摆支座和球型支座约束条件下桥梁的地震响应进行分析及损伤评价,从而提出合理的支座约束形式。结果表明:高墩长联桥梁中矮墩支座地震响应对地震动强度增长较为敏感,在桥梁抗震设计中应关注矮墩支座的地震响应;纵向支座位移响应大于横向支座位移响应,纵向墩底弯矩响应小于横向墩底弯矩响应;2种支座约束下的桥梁地震响应均满足两水准两阶段的抗震设防要求,只考虑支座位移响应峰值而不考虑支座自复位等属性时,球型支座更能有效降低高墩长联组合梁桥地震响应。