局部场地效应下超千米跨度公铁两用斜拉桥时频域地震响应研究

为在时、频域范围内量化场地效应对超千米跨度公铁两用斜拉桥地震响应的影响，基于加速度功率谱模型并结合不同的场地条件细化模型参数，采用虚拟激励和多点时程分析法，分别在时、频域范围内开展超千米跨度公铁两用斜拉桥地震响应分析，并将结构地震响应进行对比，结果表明：对于主梁主跨，柔软场地工况下的主梁位移、内力响应最大，坚硬场地工况下的响应最小，其他工况均介于两者之间且呈规律性变化，柔软场地工况下的主梁内力响应较坚硬场地下的响应最大相差407%;考虑各局部场地效应工况对主梁左边跨地震响应影响，区别于主梁主跨，主梁左边跨位移、内力响应除在柔软场地工况下出现最大值外，其他场地工况下的地震响应值交替变化，变化规律并不完全明确。综合考虑各局部场地工况，采用时程分析法斜拉桥地震响应计算结果总体大于频域虚拟激励法计算结果，各关键地震响应增大率介于9%～182%。因此，对于超千米跨度公铁两用斜拉桥抗震分析，频域方法可能会低估其地震响应，为准确评估斜拉桥动力响应，时程分析法依然是首选的抗震分析方法。     

基于地震引起动水作用的深海斜拉桥抗震性能研究

目前,深海大跨斜拉桥正在不断建设,其跨度的变化以及所处的深水环境使得在地震作用下桥梁受力更加复杂,地震作用下不但要考虑桩-土的相互作用,还要考虑地震引起的动水压力对结构的影响。为了分析地震引起的动水作用对斜拉桥动力特性和地震响应的影响程度,以及不同水深下动水力对深海斜拉桥地震响应的变化规律,基于一座现代大跨深水斜拉桥为工程背景,利用有限元软件建立三维模型,采用"m"法来考虑桩-土相互作用,用基于Morison方程的附加质量法来考虑地震引起的动水压力,结果表明动水对结构地震特性有较大影响,因此在斜拉桥抗震设计时动水作用不可忽略。     

考虑地震动水力的跨海斜拉桥减震控制研究

处于深水环境的跨海斜拉桥,地震灾害会诱发显著的地震动水力作用于高桩承台群桩基础,导致结构地震响应发生改变。为探究考虑地震动水力对桥梁纵向减震控制效果的影响,以某主跨400 m的跨海斜拉桥为例,基于辐射波浪理论推导不同截面尺寸构件的地震动水力解析解,并将其通过节点质量附加于高桩承台群桩基础,建立考虑地震动水力的水-结构相互作用模型。在此基础上,在塔、梁连接处设置黏滞阻尼器建立桥梁纵向减震体系,采用OpenSees分别建立考虑和不考虑地震动水力的减震控制有限元模型,沿桥梁纵向输入地震波对比计算地震动水力对黏滞阻尼器减震效果的影响。结果表明：地震动水力对结构基频影响甚微,但会显著降低后续高阶的自振频率,其对斜拉桥桥梁结构自振特性的影响不容忽略;地震动水力会显著增大结构动力响应,忽略地震动水力将高估黏滞阻尼器对斜拉桥主梁纵向位移的控制能力;考虑地震动水力后,更加凸显阻尼常数C对桥梁减震控制效果的影响起主导地位,据此提出“先定阻尼常数C,后选阻尼指数α”的阻尼器参数选取原则。依据该原则,推荐阻尼常数C宜控制在4 000～6 000 kN·(m/s)-α,阻尼指数α宜控制在0.5～0.7范围内。其...     

行波效应对大跨度斜拉桥的随机地震响应分析

大跨度斜拉桥各支承之间距离较大,地震波的传播速度有限,地震波到达各支承的时间存在差异,因此采用一致激励分析方法与实际情况不符。以某大跨度斜拉桥为算例,其主跨为680m,建立数值有限元模型。主要分析主梁与主塔在单维及多维随机地震动激励下,同时考虑行波效应的地震响应规律,并作了对比分析。结果表明:与一致激励相比,当视波速为200m/s与300m/s时,纵向地震动激励下,主梁跨中纵向位移分别减小了42.3%和44.8%,横向地震动激励下,1号塔和2号塔柱底部的竖向弯矩分别减小了25.9%、19.9%和0.4%、1.2%。多维地震动激励下较单维地震动激励下结构响应大,因此,大跨度斜拉桥抗震研究应充分考虑地震动的多维性与行波效应的影响。     

地震作用下445 m上承式高速铁路拱桥行车安全分析

为研究地震对高速铁路超大跨上承式拱桥行车安全性的影响,采用自主研发的列车-轨道-桥梁-地震分析系统程序TTBSAS,以一座445 m上承式钢筋混凝土拱桥为例,通过相对运动法输入3条实测地震波进行仿真计算,探讨不同地震波输入对计算结果的影响,以及有/无震下不同编号车辆动力响应的幅值分布规律,给出地震时CRH3高速列车通过该桥时的地震动阈值。结果表明:地震波的选择对计算结果的影响显著;无震时,车辆动力响应与车辆参数关系密切,可采用第1辆车(动车)和第2辆车(拖车)的动力响应来评判整列车的行车安全性与乘坐舒适性,有震时,地震动的非平稳性成控制因素,需综合考虑所有编号车辆的动力响应;地震动阈值随车速的增加而减小,当车速为300 km/h时,445 m上承式钢筋混凝土拱桥的地震动阈值为0. 15g。     

高速铁路大跨矮塔斜拉桥地震主导振型识别

研究目的:为探明高速铁路矮塔斜拉桥地震响应特性,以某主跨(90+180+90) m矮塔斜拉桥为工程背景,基于理论推导及非线性有限元分析,采用平均模态应变能系数为指标,开展该桥型地震作用下主导振型识别,研究其动力特性。研究结论:(1)平均模态应变能系数能同时考虑结构及地震动特性,可作为矮塔斜拉桥振型识别指标,具有高效、精确等特点;(2)梁式体系矮塔斜拉桥在x和z方向主导振型较y方向敏感,反映出结构在这两个方向的动力效应更显著;(3)振型分解反应谱法和时程分析对比可得出,考虑主导振型组合能满足实际工程需求,桥梁主导振型识别对掌握结构地震响应特性具有重要意义,可为地震损伤分析、桥梁减隔震设计等提供依据。     

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...     

近断层地震动作用下地铁隧道动力响应分析

为探究地震动引发的断层竖向效应对隧道等地下结构物的影响,选取有代表性的地震动监测数据,建立三维动力有限元模型,分析了不同竖向峰值加速度地震动下隧道结构与地层的动力响应规律.结果表明:断层对地震动具有放大作用,断层附近地层加速度较大;拱顶和拱腰受到地震动竖向效应的影响较大;在竖向地震分量比值较小时,随着竖向地震分量的增加...     

非一致激励下大跨度铁路斜拉桥地震响应规律

以一座主跨228 m的铁路钢桁梁斜拉桥为工程背景,采用有限元软件SAP2000建立了基于大质量法的动力分析模型,根据实际工程场地条件从NGA-West2数据库中选取了7条地震动记录作为地震激励对结构进行非一致激励分析,探讨桥梁结构地震响应与地震波到达两主塔时差(相位差)之间的内在联系。结果表明:大跨度铁路斜拉桥在非一致激励下塔顶位移响应峰值与墩底弯矩响应峰值均随相位差呈周期性变化,且变化周期与结构一阶自振周期基本一致;工程结构设计中可通过调整桥梁跨径与结构自振周期,使相位差接近结构一阶自振周期的(2n+1)/2倍(n为整数)以降低非一致激励下结构地震响应;对于大跨度空间结构抗震设计,考虑行波效应的影响十分必要,应进行相位差为一阶自振周期整数倍的非一致激励分析。     

基于多点激励动力模型的支承体系斜拉桥行波效应分析

研究目的：地震激励的输入是大跨度桥梁结构抗震设计中最薄弱的环节。大跨度桥梁结构由于基础间间距较大，进行地震响应分析时应考虑行波效应的影响。目前，国内对于支承体系斜拉桥行波效应影响规律的研究成果并不多见。该文基于大型有限元分析软件MIDAS／CIVIL计算平台，较为准确地模拟了地震波对郑州市中心区跨铁路斜拉桥基础不同位置的激励差异，分析比较了该桥在不同波速地震波作用下的行波效应，对该类桥型地震响应行波效应的一般影响规律进行了讨论。研究结论：在一定的相位差范围内，考虑地震波的各单向行波效应和三向正交行波效应时，结构的内力与位移均呈周期性变化，并且变化周期与桥梁自振周期基本一致。同时，行波效应对支承体系斜拉桥地震响应峰值存在显著影响。     

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。     

基于多点激励动力模型的支承体系斜拉桥行波效应分析

研究目的:地震激励的输入是大跨度桥梁结构抗震设计中最薄弱的环节.大跨度桥梁结构由于基础间间距较大,进行地震响应分析时应考虑行波效应的影响.目前,国内对于支承体系斜拉桥行波效应影响规律的研究成果并不多见.该文基于大型有限元分析软件MIDAS/CIVIL计算平台,较为准确地模拟了地震波对郑州市中心区跨铁路斜拉桥基础不同位置的激励差异,分析比较了该桥在不同波速地震波作用下的行波效应,对该类桥型地震响应行波效应的一般影响规律进行了讨论.研究结论:在一定的相位差范围内,考虑地震波的各单向行波效应和三向正交行波效应时,结构的内力与位移均呈周期性变化,并且变化周期与桥梁自振周期基本一致.同时,行波效应对支承体系斜拉桥地震响应峰值存在显著影响.     

汽车动力作用对曲线梁桥地震反应特性的影响分析

为探讨移动车辆作用对曲线梁桥地震反应的影响,采用模态综合技术,提出考虑地震作用的曲线梁桥车桥耦合振动分析方法.以4×40 m曲线连续梁桥和典型3轴重车为对象,编程分析车辆动力作用下曲线梁桥地震反应特性,研究车辆关键参数、不同地震动类型等因素对曲线梁桥地震反应的影响.研究结果表明:增加车重和车速,结构地震响应受到车辆作用...     

用ANSYS分析高层钢-混凝土混合结构的地震反应

依据抗震设计规范,采用三维有限元ANSYS软件,对钢框架-混凝土核心筒的混合结构动力特性和地震时程反应进行分析.通过计算,得到该类建筑物的自振特性以及在地震作用下的位移和加速度反应.通过地震动的影响因素分析,明确了结构各类参数的变化对结构反应的影响,为结构的合理设计提供参考.所提供的分析方法为此类结构的抗震性能研究提供了一种有效的途径.     

大跨度斜拉桥非线性粘滞阻尼器参数研究

为研究地震作用下非线性粘滞阻尼器参数的不同选取对漂浮式大跨度斜拉桥纵向限位性能的影响。通过非线性动力时程分析法对某大跨度斜拉桥中非线性粘滞阻尼器的阻尼系数C和阻尼指数ξ进行参数敏感性分析,与该桥在未设置粘滞阻尼器状态下的地震响应进行比较分析和安全评价。提出选取阻尼系数C和阻尼指数ξ的控制方法和公式。结果表明:斜拉桥纵桥向设置粘滞阻尼器后,通过调节粘滞阻尼器的参数能有效降低结构在地震作用下关键部位的相对位移;非线性粘滞阻尼器在限制主梁纵向位移时对跨中竖向位移有放大作用;合理的阻尼参数对提高地震作用下斜拉桥安全性有重要影响。     

超250 m级高塔铁路斜拉桥减隔震设计参数影响分析

为了研究西南山区超250 m级高塔大跨铁路斜拉桥抗震约束体系,获得大桥减隔震关键设计参数合理取值范围,以跨径布置(70+208+500+208+70) m的双线铁路钢桁梁斜拉桥为工程背景,采用有限元分析方法,研究大桥地震响应特征,分析塔梁处设置不同纵向弹性刚度时大桥动力特性和结构地震响应规律,探讨黏滞阻尼器设计参数对大桥各关键构件地震响应的影响规律。研究结果表明：这类超250 m级高塔铁路斜拉桥设置黏滞阻尼器是十分有必要的。在塔梁、墩梁位置处同时设置黏滞阻尼器可以有效控制超250 m级高塔铁路斜拉桥的梁端位移,明显改善超高塔自身的地震力分布情况。研究得到的大桥地震响应随黏滞阻尼器设计参数的变化规律,以及适用于超高塔铁路斜拉桥的合理阻尼器设计参数,可为今后类似工程提供参考依据。     

高速铁路桥隧搭接结构地震响应振动台试验方法研究

振动台模型试验是目前研究复杂结构抗震能力与破坏机理的重要手段之一。为揭示软弱围岩与桥隧搭接结构各部位在地震作用下的动力响应特点、累积损伤效应及动力灾变行为的产生机理和宏细观特征,在考虑不同地震动参数对桥、隧结构动力特性影响的基础上,依据相似理论和模型试验技术,结合既有工程实例开展了高速铁路桥隧搭接结构地震响应振动台模型试验方法研究。同时,分析桥隧搭接振动台模型试验方法的特点,介绍了试验平台及测试方法。试验初步结果表明,提出的试验方法可较好地模拟软弱围岩条件下桥隧搭接结构在地震作用下的动力响应及灾变行为,是一种行之有效且重复可操作性强的试验方法,可供今后同类试验参考。     

列车制动和运行下大跨度公铁两用斜拉桥纵向振动分析

列车运行作用下斜拉桥不仅发生竖向振动,也发生纵向振动;当列车在斜拉桥上制动时,作用于结构上的制动力使其发生纵向振动。以公铁两用斜拉桥为研究背景,根据相关文献计算公式获得列车制动力,分析列车制动作用下斜拉桥动力响应;采用移动荷载模拟列车运行作用,研究列车运行作用下结构动力响应;利用非线性动力时程分析方法,对黏滞阻尼器参数进行敏感性分析,探讨塔梁间设置黏滞阻尼器对列车制动和运行作用下结构动力响应的影响,并与未设置黏滞阻尼器的情况进行比较。结果表明,当斜拉桥塔梁间无纵向连接时,结构响应受列车运行速度影响较大,斜拉桥可能发生纵向共振,结构响应显著增大;塔梁间设置黏滞阻尼器能有效控制列车制动和运行作用下斜拉桥纵向振动响应。     

软基场地地铁车站地震响应及参数敏感性分析

研究目的:为更加全面地探讨软土场地中地铁车站结构地震动力响应特性和灾变机理,分析软基土性参数变化对土体特征点处动孔压比、地铁车站结构特征位置处内力等动力响应指标变化影响规律,本文采用两相介质动力分析方法和多指标综合平衡法对饱和软土地基-地铁车站结构动力相互作用体系进行数值分析与参数敏感性分析,旨在为认识地铁车站结构地震动力灾变机理提供参考。研究结论:(1)结构底板附近存在环状动孔压比峰值区域,引起两侧远场土体向内部侧向流动,对结构底部产生挤压上抬作用;(2)结构体系中底板、剪力墙下端和中柱为受力破坏薄弱部位;(3)软基土性因素中黏聚力对典型动力响应指标影响最为显著,参考体积模量次之;(4)该研究成果可用于指导软土地基地铁车站结构抗震设计。     

随机有限元法在桥梁地震随机响应分析中的应用

结构参数和地震激励的随机性是桥梁抗震分析中较为重要的问题。对于具有随机参数的大跨度桥梁的随机地震响应,可按局部平均理论和空间杆系分离随机场模型来离散和建立有限元模型,并利用矩阵正交化技术减少计算量,然后求解随机有限元零阶、一阶和二阶递推方程组,即可求出具有二阶精度的均值和具有一阶精度方差的结构响应。运用程序开发工具C++Builder编制了相应的计算程序,用Monte Carlo方法检验了程序的有效性和正确性,并计算了具有随机参数的高墩大跨连续刚构桥梁在随机地震激励下的动力响应。