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。     

塔梁连接方式对多塔悬索桥地震反应的影响

悬索桥塔梁间的连接方式对其静力和动力响应具有很大的影响,采用不同的塔梁连接体系以及设置不同性能的纵向约束装置,都会对悬索桥地震作用下的内力和位移产生不同的效果。作为大跨度的桥梁典型形式,对悬索桥进行抗震性能的研究十分重要。以某多塔悬索桥为背景,建立了桥梁的空间动力模型,对模型进行非线性时程计算,研究了中塔与梁体的连接方式对多塔悬索桥地震反应的影响,总结了黏滞阻尼器的减震效果及其参数对多塔悬索桥地震响应的影响规律。通过对比不同塔梁连接方式的地震反应,提出了多塔悬索桥塔梁间的合理连接方式和黏滞阻尼器设计参数。结果表明:中塔固接体系多塔悬索桥的梁端位移可以得到有效控制,但其中塔受力最为不利。对于中塔固结、边塔设置阻尼器的体系,随着阻尼系数增加,主梁位移减小趋势减缓,阻尼器参数应参照造价、效益综合选择。中塔放开,边塔设置阻尼器体系与全阻尼器体系响应基本一致,在保证结构安全的情况下,可适当考虑中塔处放开,依靠边塔阻尼器和纵向滑动支座来限制主梁位移。对于中塔固接、边塔设阻尼器体系,当阻尼器参数较小时,减震效果不明显,主要依赖中塔固接来限制梁端位移。阻尼器参数的合理取值也受到结构自身刚度的影响。     

千米级斜拉桥横向减震体系振动台试验

工程中常采用的斜拉桥横向固定体系会增大桥墩、桥塔及其基础的抗震需求，从而增大斜拉桥在地震作用下的损伤破坏风险。为解决这一问题，以已研发的桥梁新型横向钢阻尼器为减震耗能装置，采用振动台试验方法，研究大跨度斜拉桥横向减震体系在近、远场地震作用下的减震效果。以苏通大桥为背景，设计1/35几何相似比的斜拉桥全桥试验模型，并分别进行横向减震体系和传统的横向固定体系的振动台试验。其中，将钢阻尼器与滑动型球钢支座并联布置于桥墩处、钢阻尼器布置于桥塔处形成横向减震体系。基于试验结果进行减震体系的减震行为分析。研究结果表明：在近、远场地震作用下，减震体系均能显著地减小主梁传递给桥墩和桥塔的地震力，其中墩梁、塔梁连接横向传力均减小50%以上，且将主梁位移限制在可接受范围内；减震体系也显著减小了塔身位移、曲率以及墩底曲率需求，其中，塔底截面曲率平均减小了34%，近塔辅助墩墩底曲率平均减小了67%；钢阻尼器拥有饱满的滞回曲线，但其滞回特性与地震输入有关；相对于支座的摩擦耗能，钢阻尼器的耗能能力更显著；在带有速度脉冲的近场地震作用下，钢阻尼器以及支座的位移响应具有明显的脉冲特点。     

金安金沙江大桥地震响应及阻尼器减震耗能应用研究

对特大跨径悬索桥,为保证其在地震作用下桥塔始终维持弹性受力,且有效控制梁端位移,以云南金安金沙江大桥为工程背景,采用空间梁单元和桁架单元,考虑多种非线性因素,建立有限元模型,通过E2地震作用下反应谱分析结果得到地震响应规律,进而对阻尼器参数进行比选并研究其减震效果。研究结果表明:桥塔最不利位置在塔底部;阻尼速度指数确定后,阻尼常数增加则塔底弯矩、塔顶位移、梁端位移及阻尼器位移减小,阻尼常数较小时,其变化对减震效果敏感,随着阻尼常数增大,效果趋于平稳,塔底弯矩、塔顶位移、梁端位移达到最小值后出现增长趋势;采用黏滞阻尼器后,华坪侧塔底纵向弯矩减幅达18%、塔顶纵向位移减小34.5%、梁端、跨中及支座纵向位移减幅均在60%以上,减震效果显著。     

基于模糊逻辑的异形拱塔斜拉桥黏滞阻尼器参数优化研究

为研究黏滞阻尼器参数对异形斜拉桥抗震性能的影响及该黏滞阻尼器的参数优化,以某蝴蝶兰异形拱塔斜拉桥为对象,建立全桥三维有限元模型,结合模糊逻辑控制方法,研究在地震作用下35种工况组合的阻尼系数C与速度指数α对该桥抗震性能的影响。研究结果表明:在塔梁交接处设置一个纵向黏滞阻尼器后,该桥关键位置地震反应明显减小;变化规律为:随阻尼系数的增大,塔顶位移及塔底弯矩均减小;随速度指数的增大,塔顶位移及塔底弯矩均增加;经Matlab模糊逻辑优化得出:在阻尼系数C取4500 kN·(s/mm),速度指数α取0.2时,塔顶位移及塔底弯矩综合平衡减震效果达到最佳。     

独塔斜拉桥的抗震分析及减隔震措施研究

对于大跨径斜拉桥,抗震计算涉及的因素较多,需要根据其自身特点,进行专项研究,以昆阳路闵浦三桥为研究对象,分别采用反应谱法和时程分析法对半飘浮体系独塔斜拉桥的结构地震响应进行对比分析,选取合适的地震波和阻尼参数。在E2地震作用下,采用时程分析法分别对塔梁间纵向约束支座剪坏前后两种不同的受力体系进行分析,结果表明,对支座剪坏前的纵向约束体系,主塔支座承受较大的水平力,而对支座剪坏后的纵向活动体系,主塔塔顶位移和主梁梁端的纵向位移均较大。针对大跨度独塔斜拉桥桥型方案特点,采用减隔震组合体系,不仅可大幅降低塔底纵向受力,同时可将塔顶和梁端的纵向位移控制在合理范围之内,是理想的抗震约束体系。     

六冲河特大桥抗震性能研究

以贵州六冲河大跨度斜拉桥为研究对象,对地震区大跨度漂浮体系斜拉桥进行抗震研究,验证了塔梁间设置经过优化设计的阻尼器的减震耗能的有效性和合理性.通过合理选择阻尼参数,对漂浮体系斜拉桥塔粱之间设置阻尼器,并与无阻尼器漂浮体系在相同地震作用下的内力效应和位移效应进行对比.结果表明:塔梁间设置阻尼器降低了漂浮大跨度斜拉桥地震作...     

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.     

云南双河特大桥纵向抗震体系研究

以主跨320m的云南双河特大桥为工程背景,采用非线性时程分析方法,基于塔梁弹性约束体系和粘滞阻尼体系的减隔震机理,优选塔梁间弹性约束装置和阻尼器关键参数,对比分析了弹性约束体系、粘滞阻尼体系及其组合体系的减震效果,探讨了强震作用下西部山区高低塔组合梁斜拉桥的合理纵向抗震体系。结果表明:阻尼约束体系减震效果优于弹性约束体系和组合体系,可有效控制梁端纵向位移,同时减小塔底剪力和弯矩;弹性约束体系虽然对梁端纵向位移有一定的控制作用,但塔底剪力和弯矩随之增大,且矮塔内力及其增幅大于高塔,增加了高低塔受力的不均匀性。     

公轨两用大跨度斜拉桥纵向减震体系优化

为研究公路与跨座式单轨交通两用钢桁梁斜拉桥的合理减震约束体系,以牛田洋大桥为工程背景,利用ANSYS建立有限元模型,并采用时域显式降维迭代法,在考虑纵向活动支座动力特性基础上分析纵向无约束、弹性索、粘滞阻尼器及速度锁定装置等4种减震体系的结构静动响应和粘滞阻尼器4种墩塔处布设方案的减震效果,优化粘滞阻尼器参数;分析跨座式单轨交通列车制动力及行车振动对粘滞阻尼器参数的影响,计算粘滞阻尼器行程。研究表明:无约束体系地震位移响应最大,弹性索体系塔底弯矩最大,速度锁定装置体系位移最小但塔底弯矩较大,粘滞阻尼器体系塔底弯矩最小,位移响应较小,耗能作用最好;仅主塔处设置粘滞阻尼器时减震费效比最高,主塔及辅助墩均设置阻尼器时减震效果最优;当阻尼系数c=3 500～5 000kN·(m/s)~(-α)和速度指数α=0.3～0.5时减震效果较优;大跨径公轨两用钢桁梁斜拉桥可设计合适的支座静摩擦系数抵抗跨座式单轨交通列车的制动力,粘滞阻尼器参数选取可不考虑列车制动的影响;阻尼器速度指数α宜适当取高值,以减少列车过桥时参与工作;粘滞阻尼器行程需按动、静作用分别考虑。     

双层钢桁梁斜拉桥振型模态及地震响应特征研究

为研究典型双层钢桁梁斜拉桥的振型模态及地震动响应特征,建立了三维精细化有限元模型,并选取1条人工波和4条天然波分别作为输入地震荷载以模拟双层钢桁梁的地震响应过程.结果表明,桥梁整体为长周期结构体系,一阶自振周期为8.11 s,基本振型特征为主梁横弯、主梁纵飘和横飘、反对称横弯.不同地震波作用下桥梁主要结构的位移峰值、内...     

宝鸡清溪渭河大桥主桥设计

宝鸡清溪渭河大桥主桥为(115+258+115)m的双塔斜拉桥,采用半飘浮的约束体系,桥面全宽29m,设有双向4车道及两侧人行道。桥塔采用钻石形钢筋混凝土结构,主梁采用双边"工"形钢-混组合梁,混凝土桥面板采用预制构件,在纵梁、横梁及人行道托架顶部均设有混凝土后浇带,通过剪力钉与钢主梁连接。斜拉索采用扇形布置的空间双索面平行钢丝拉索体系,通过钢锚箱和锚拉板分别与桥塔和主梁相连。桥塔和边墩基础采用钻孔灌注桩基础。桥址位于高烈度地震区,采取了在桥塔处设置纵向活动抗震球型支座、边墩设置纵向活动横向摩擦摆减隔震支座,在桥塔下横梁与主梁间设置纵向粘滞阻尼器的减隔震措施。根据结构特点以及建设条件,主梁施工方案采用大节段支架法。     

粘滞阻尼器在斜拉桥减震设计中的应用

介绍了斜拉桥减震设计的思想以及粘滞阻尼器在斜拉桥减震设计中的应用,并以一座斜拉桥为例,在相同的地震波作用下,对飘浮体系、弹性约束体系和加粘滞阻尼器的半漂浮体系分别进行时程分析,比较了3种体系梁端及桥塔的水平位移、水平惯性力和桥塔的受力情况。研究表明:粘滞阻尼器能够改善斜拉桥的动力特性,不仅使得结构的位移和受力都是最小,而且提高了斜拉桥的抗震能力和耐久性,这种体系最能符合斜拉桥的减震设计思想。     

超大跨度斜拉桥的横向约束体系

为了确定超大跨度斜拉桥的合理横向抗震约束体系,以苏通长江公路大桥为研究对象,采用非线性时程分析方法,分析了3种边墩、梁横向约束体系即横向滑动体系、全限位体系和减隔震体系(流体黏滞阻尼器连接体系)对超大跨度斜拉桥地震反应的影响,重点研究了阻尼器的合理设置方式及阻尼器参数。结果表明:对于超大跨度斜拉桥,横向滑动体系和全限位体系均不是理想的抗震体系;而在边墩、梁之间设置横向流体黏滞阻尼器可以显著减小边墩的横向内力以及梁端的横向位移,流体黏滞阻尼器应分散设置在各边墩上。     

液压阻尼装置在斜拉桥抗震设计中的应用研究

以某斜拉桥为背景,研究液压阻尼装置的布置方案,通过比较减震前后该桥的地震响应,分析液压阻尼装置对大跨度斜拉桥的减震效果及液压阻尼装置的参数对减震效果的影响.采用动力时程分析方法,对比分析3种支撑体系,即漂浮体系、阻尼体系、铰结体系(锁定体系).研究表明,支撑体系对斜拉桥结构的地震响应有显著影响,设置液压阻尼装置能有效地减小大跨度斜拉桥结构塔、梁位移和内力响应.对液压阻尼装置的主要设计参数进行探讨,分析阻尼系数、速度指数对结构地震响应的影响,为大跨度斜拉桥的抗震设计提供理论依据,提出液压阻尼装置参数建议值.     

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...     

深汕特别合作区望鹏大桥斜拉桥抗震性能分析

为研究大跨度斜拉桥抗震性能,以深汕特别合作区望鹏大桥工程为研究对象,采用反应谱法和非线性时程分析法,对双拱形桥塔钢-混组合梁大跨度斜拉桥在E1、E2地震作用下的地震反应进行对比分析。结果表明,两种分析方法得到的结果能够互相补充、印证,确保计算得到的结构内力和变形能够反映实际地震作用下的结构反应;望鹏大桥主桥抗震性能满足预期目标,设置阻尼器能有效改善大跨度斜拉桥的抗震性能。     

大跨连续刚构桥箱梁抗震分析与减震措施研究

高烈度地震区大跨连续刚构桥箱梁在地震作用下会发生弯曲变形,产生较大弯矩和剪力,对箱梁抗裂及承载能力产生不利影响。为减小连续刚构桥箱梁在地震作用下的内力,以(90+190+228+123+60)m刚构+连续梁协作体系桥为例,采用有限元软件Midas Civil建模,对主墩墩型和支座类型的影响进行抗震分析并提出减震措施。研究结果表明:①主墩采用双薄壁墩比独柱式空心薄壁墩对箱梁抗震有利;②在辅助墩、交界墩或桥台处设置高阻尼隔震橡胶支座,可以减小箱梁和主墩受力;③在主桥梁端纵桥向设置粘滞阻尼器可以显著降低箱梁和主墩的弯矩;④组合使用高阻尼隔震橡胶支座+粘滞阻尼器减震措施,可以在不中断交通的情况下显著提升连续刚构桥的抗震性能。     

设柔性中央扣的特大跨度悬索桥纵向抗震体系研究

为针对设有柔性中央扣的特大跨度悬索桥选择合理的纵向抗震体系,以设有柔性中央扣的南京仙新路特大跨度悬索桥(主跨1760 m的双塔单跨地锚式悬索桥)为背景进行研究。采用SAP 2000软件,考虑柔性中央扣只能受拉不能受压的力学特性建立该桥非线性有限元模型,对柔性中央扣、粘滞阻尼器以及两者组合作用的减震效果进行对比分析,在此基础上提出合理的减震体系,并确定合理的体系参数。结果表明:粘滞阻尼器的减震效果远好于柔性中央扣;在设有柔性中央扣的特大跨度悬索桥中,由于柔性中央扣在地震作用下会被拉断而失效,因此建议将柔性中央扣的销钉设计为“熔断”部件,同时在塔、梁连接处设置粘滞阻尼器减小加劲梁地震位移;粘滞阻尼器的参数应综合考虑静力和地震响应优化确定。