具有刚性中央扣的大跨度悬索桥随机地震响应研究

为分析刚性中央扣对悬索桥地震响应的影响,以一座具有刚性中央扣的大跨度悬索桥为例,建立大跨度悬索桥的空间有限元模型,基于随机振动法对比分析刚性中央扣对悬索桥动力特性的影响、地震动功率谱密度函数的选择对地震响应的影响以及悬索桥在三向地震作用下的地震响应。结果表明:刚性中央扣减少了加劲梁纵飘及与主缆振动相关振型出现的次数并增大了相应的频率;在纵向地震作用下,中央扣减小了加劲梁的位移,但是明显增大了加劲梁的内力;地震动功率谱密度函数模型采用Clough-Penzien模型时所得到的随机地震响应要较杜修力模型大,且两者的计算结果均大于采用规范反应谱的计算结果;在三向地震作用下,导致加劲梁在中央扣位置处形成内力集中,地震响应也更为不利,桥塔最大纵向弯矩位于塔底,最大横向弯矩位于横梁交界处和塔底。     

大跨度悬索桥非线性地震反应响应规律探讨

以简支单跨体系的润扬悬索桥和双塔双跨的舟山西侯门大桥为工程背景,建立了非线性动力分析有限元模型。以悬索桥的主要承重构件主缆与主塔的响应为研究对象,选取四类场地共31条地震波对不同类型悬索桥进行非线性地震反应分析。分析表明,悬索桥桥塔在不同地震作用下的位移曲线以及弯矩响应具有良好的一致性,与悬索桥桥型、地震震级无关;地震波中的长周期成分对具有长周期特性的悬索桥的结构响应有重要的影响;主缆动轴力比其恒载轴力小一个数量级,在结构的简化模型中可考虑忽略。     

行波效应作用下自锚式悬索桥地震响应分析

为了研究空间性地震动中的行波效应对某自锚式悬索桥的动力响应影响,以某大跨度悬索桥为研究背景,首先确定了符合悬索桥桥址场地特性的抗震设计反应谱,并以此作为目标谱.基于随机振动理论,将目标反应谱转换为当量的加速度时程曲线作为大跨度悬索桥抗震分析的地震动输入.根据地震波视波速的离散性选取400 m/s,800 m/s、1 200 m/s和1 600 m/s来考虑行波效应对大跨度悬索桥动力响应的影响.研究结果表明:视波速小于1 200 m/s时,桥塔塔底剪力随着视波速的增加而增加.视波速大于1 200 m/s时,1号塔塔底剪力随着视波速的增加而减小,2号塔塔底的剪力则在增加.考虑行波效应时,桥塔的弯矩随着视波速的增加而上下波动,但与一致激励情况相比,1号塔塔底处弯矩响应值在一致激励情况下得到的弯矩值处上下波动,2号塔塔底处弯矩一直小于一致激励的弯矩值;桥塔塔顶位移受行波效应的影响较大,其塔顶最大位移响应是一致激励的2倍.大跨度悬索桥抗震设计考虑行波效应是非常必要的.     

近断层多脉冲地震动作用下斜拉桥地震响应特征分析

为确定近断层多脉冲地震动的水平最强能量方向对大跨斜拉桥地震响应的影响,以港珠澳大桥青州航道桥(主跨458m双塔双索面钢箱梁斜拉桥)为背景,采用LS-DYNA程序建立全桥有限元模型,将利用多脉冲小波分析方法提取的地震动(PS类,对应水平脉冲能量最大方向上的地震动)和相应的原始记录地震动(RS类,对应地震动2个水平分量中峰值加速度较大的分量)分别沿顺桥向输入,分析桥塔、桥墩、斜拉索的位移和内力响应特征。结果表明:PS类地震动作用下,该桥塔顶纵向位移和墩顶纵向位移特征值比RS类地震动作用下分别提高35%、23.53%,塔底横向弯矩、墩底横向弯矩、墩底纵向剪力特征值比RS类地震动作用下分别增大6.92%、5.79%、14.16%;2类地震动作用下,塔底纵向剪力和斜拉索索力特征值相差不大。     

非弹性连接对三塔悬索桥地震响应的影响

为了研究超大跨度三塔悬索桥动力响应,以泰州长江公路大桥为例,基于ABAQUS平台建立脊骨梁有限元模型,并在静力几何非线性初始平衡态基础上进行动力分析,研究其地震响应特点及塔梁间非弹性连接的减震效果.结果表明:加劲梁的地震轴力峰值在中塔两侧呈对称线性分布;横桥向剪力波动明显小于竖桥向;竖桥向弯矩分布相对均匀;横桥向弯矩明显大于竖桥向弯矩,并且具有较强的波动性;横桥向弯矩、剪力均在中塔处出现峰值;非弹性连接可有效减小塔梁纵桥向相对位移;边塔处塔梁纵桥向相对位移及塔底纵桥向剪力峰值均与初始刚度近似呈线性关系;梁端部分的轴力随非弹性连接初始刚度的增大而增大,跨内极小值向中塔靠近;合理参数设置的非弹性连接可取得良好减震效果.     

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.     

山区大跨钢桁梁悬索桥阻尼器减震体系优化研究

为探究黏滞阻尼器对山区大跨径钢桁梁悬索桥的减震效果,同时为阻尼器参数设计和优化提供依据,以开州湖特大桥为工程背景,采用非线性时程分析法开展了黏滞阻尼器对山区大跨径钢桁梁悬索桥地震响应研究,并对阻尼器的设计参数进行优化。研究表明,设置阻尼器后塔底弯矩、剪力较未设时有明显减小,减小约25%;纵向位移与跨中竖向位移均有明显减少,梁端纵向最大位移降低约60%,加劲梁竖向最大位移减少50%,且阻尼系数越大,位移优化效果越好,阻尼指数越小,位移越小;阻尼器优化后的设计参数选取为阻尼系数C=3 000 kN、阻尼指数ξ=0.3、阻尼力2 500 kN;阻尼行程900 mm。     

平塘特大桥主桥抗震性能研究

平塘特大桥主桥为(249.5+550+550+249.5)m三塔双索面钢-混叠合梁斜拉桥。15号塔(边塔)、16号塔(中塔)、17号塔(边塔)分别高320,328,298m。该桥位于山区,桥址处为地震区,为了解地震作用对桥塔内力和桥塔、主梁位移的影响,采用SAP2000软件建立有限元模型,分别采用反应谱法和非线性时程分析法对其进行地震反应分析,并分析塔高差异对抗震性能的影响。结果表明:在地震作用下,中塔的塔底弯矩和塔顶位移大于边塔的塔底弯矩和塔顶位移;对于2座边塔,较高的15号塔的塔底弯矩及塔顶位移更大;主梁的纵向振动与横向振动基本不耦合,相对于纵向地震,主梁的竖向位移受横向地震的影响更大;2种方法的计算结果接近,但非线性时程分析考虑了支座的非线性,建议采用时程分析结果作为抗震设计的依据。     

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。     

多跨斜拉桥双钢管-混凝土组合结构桥塔静力与抗震研究

为研究双钢管-混凝土组合结构桥塔在多跨斜拉桥中的应用,以一座7塔8跨斜拉桥模型为背景,对双钢管-混凝土组合结构桥塔的静力及抗震性能进行分析.采用极限状态设计法检验桥塔的安全性,在中等强度地震波和超强地震波作用下,通过比较桥塔横梁处主梁在纵向可移动连接、线弹性连接及双线弹性连接3种支承条件下的地震响应评估桥塔的抗震性能.分析结果表明:隔跨布置活载引起的主梁及桥塔弯矩大于满跨布置荷载引起的主梁及桥塔弯矩;桥塔越高产生的位移和弯矩越小;塔顶响应和塔底弯矩在可移动支承条件下最大,在双线弹性连接条件下最小.双钢管-混凝土组合结构桥塔适用于多跨斜拉桥,主梁与桥塔横梁处采用双线弹性连接方式,桥塔的抗震性能最好.     

大跨度斜拉桥弹塑性地震响应分析及抗震性能评价

以骑骡沟大桥斜拉桥方案为背景,建立考虑材料非线性的纤维单元模型,对预应力混凝土主梁和钢筋混凝土主塔进行弹塑性地震响应分析和非线性抗震能力的评估,计算分析表明:考虑材料非线性后,主梁的面内、外弯矩以及主塔的轴力、面内、外弯距均有较大程度地降低,主梁纵向位移以及主塔的面内、外剪力均由不同程度的提高。     

异型钢独塔斜拉桥抗震性能分析

青海省西宁市西平大街异型钢独塔斜拉桥的结构、交通荷载较为复杂。为了保证该桥的抗震安全,使项目能够顺利进行,从桥梁空间动力模型建模、摩擦摆支座模拟、地震动输入方向3个方面进行分析,完成了桥梁的建模计算。结果表明：沿纵桥向输入地震动时,边塔的轴力和剪力远大于主塔,而沿横桥向输入地震动时,主塔的轴力、剪力和弯矩均大于边塔;选用的摩擦摆减隔震支座设计减隔震起始力为竖向承载力的10%,在E2强震作用下,支座进入减隔震摆动工作状态,有效延长了结构自振周期,实现了该桥减隔震设计;伸缩缝的设置应预留足够梁体位移量,以避免地震时梁体与桥台发生碰撞;桥台与主梁之间设置黏滞阻尼器,可有效控制梁体和桥塔的纵向位移,并起到减震耗能的作用。     

南京仙新路特大跨度悬索桥抗震性能研究

鉴于大跨度悬索桥抗震性能研究的复杂性和特殊性,以南京仙新路特大跨度悬索桥为例,阐述悬索桥抗震性能研究的全过程,并分析行波效应对该桥地震响应的影响。结果表明:该桥的第一阶振型周期超过25.0 s,在常规体系E2地震下,桥塔及其基础保持弹性,但中央扣受拉破坏,从而使主梁位移过大;采用将中央扣作为牺牲构件,同时在塔梁间设置液压粘滞阻尼器的纵向减震体系后,能显著减小塔上支座、梁端的纵向位移以及主引桥相对位移,同时能小幅度减小塔底和承台底地震内力;行波效应对减震体系关键位置的地震内力和地震位移的影响较小。     

承台结构形式对分幅连续刚构桥地震响应的影响研究

为选择合理承台结构形式,以满足地震高烈度区分幅连续刚构桥的抗震性能,以G75兰临高速公路上的一座(64+115+64)m分幅双肢薄壁墩连续刚构桥为背景,根据分幅连续刚构桥地震响应作用机理,采用MIDAS Civil软件建立桥梁空间杆系动力分析模型,利用设计反应谱法从桥梁纵向和横向进行激励,对比研究整体式、分离式2种承台...     

地震作用下LRB隔震桥梁碰撞临界间隙分析

采用LRB隔震支座增大了梁体在地震作用下碰撞的可能性,确定隔震梁桥邻跨间避免地震碰撞的最小间隙对于桥梁减隔震措施的设计有着显著意义.以隔震连续梁桥梁端相对位移为研究对象,通过桥梁结构拆分,运用振型分解法推导梁体在地震作用下相对位移的最大值反应谱计算方法.采用等效双线性铅销橡胶支座模型,通过迭代计算梁端相对位移并分析SRSS和CQC振型组合法适用性.采用非线性时程分析法计算连续梁的相对位移,验证了反应谱方法预测梁端地震临界间隙的可行性.结果表明:地震作用下梁端相对位移与相邻结构的周期和阻尼比有关,梁端采用CQC组合的反应谱方法能较好预测梁体在地震作用下梁体避免碰撞的临界间隙.提出了基于反应谱方法隔震桥梁间隙设计方法,可供设计人员参考.     

铅芯橡胶支座在简支梁桥减隔震中的应用

为研究在高地震烈度区将铅芯橡胶支座应用于简支梁桥的减隔震效果,以水晶大桥为例进行分析.采用ANSYS分别建立隔震状态和非隔震状态的全桥有限元模型,考虑地基桩一土作用效应,取用50年超越概率10％和2％的计算反应谱进行反应谱分析,并取用与反应谱相同超越概率的地震波进行时程分析.分析结果表明:非隔震状态时,该桥在E1和E2地震作用下桥墩的位移和内力均较大,普通板式橡胶支座不能满足强度和变形的要求;采用铅芯橡胶支座隔震后,该桥桥墩的位移和内力得到了有效的减小,取得了良好的隔震效果;采用反应谱法分析隔震桥梁,通过计入隔震构件的等效刚度,能将非线性问题简化为线弹性问题处理.     

高速铁路无支座整体式刚构设计

为与相邻公路桥对孔布置并具有较优的结构性能,新建福州至厦门铁路泉州湾跨海大桥引桥采用多联(3×70)m无支座整体式刚构,该桥型全桥不设支座,边墩与中墩均与主梁固结形成整体刚构。该桥主梁采用预应力混凝土箱梁;墩高20~50 m,中墩采用实体墩或空心墩,边墩采用薄壁墩,相邻联边墩共用基础。通过在相邻梁端加装横向限位器、应用无砟轨道小阻尼扣件、边墩顶梁段采用两交界边墩临时固结后悬臂浇筑施工等措施较好地解决了梁端相对横向位移、轨道适应性及海上施工等问题。对该无支座整体式刚构桥结构性能进行分析,结果表明:其各项指标均满足规范要求,具有较好的经济性、抗震性能和景观效果。     

不同桥墩形式对连续刚构桥抗震性能影响

采用大型通用有限元程序ANSYS对大跨度连续刚构桥进行三维地震动态时程分析,分析比较不同桥墩结构形式对连续刚构桥抗震性能的影响。分析结果表明:与采用双肢薄壁实心墩的刚构桥相比,采用双肢薄壁空心墩的刚构桥其位移反应更大,各构件轴力以及面内弯矩减小,而各构件的面外弯矩均增大。