地震动行波作用下大跨斜拉桥与引桥伸缩缝处碰撞效应研究

以一座典型大跨斜拉桥为研究背景,采用SAP2000Nonlinear有限元程序,考虑地震动行波效应以及主桥-引桥伸缩缝处碰撞效应的影响,建立了桥梁结构三维非线性计算模型,采用非线性动力时程分析法,分析了地震动行波作用下大跨斜拉桥主桥—引桥伸缩缝处碰撞效应对结构地震响应的影响。研究结果表明,地震动行波作用下大跨斜拉桥主桥—引桥伸缩缝处碰撞效应对引桥结构地震响应的影响较大,与一致激励下主桥-引桥碰撞效应相比,不仅会在伸缩缝处激起更大的撞击力,而且会使得两侧引桥梁端位移、主梁-过渡墩相对位移以及固定墩地震响应显著增大,更易导致引桥桥墩破坏或梁体落梁。     

行波效应对深水桥梁地震响应的影响

以深水连续刚构桥为研究对象,采用Morison方程计算动水压力,从频谱、水深、结构周期3个方面考虑行波效应对深水桥梁进行地震响应分析。研究表明:动水压力对深水桥墩地震响应的影响随着波速的不同而变化,并且考虑行波效应时,动水压力对深水桥墩地震响应的影响还与地震波的频谱特性及计算的项目有关;考虑行波效应计算动水压力对深水桥墩地震响应的影响程度跟水深和结构固有周期有关。由此得出结论,大跨度深水桥梁地震响应分析应合理地考虑行波效应和动水压力。     

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.     

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.     

行波效应对大跨度连续刚构桥地震反应的影响

利用大型结构分析程序ANSYS／TRANSIENT，对地震波三向正交分量独立作用和联合作用下连续刚构桥的地震反应的行波效应进行了时程分析的数值模拟，分析了连续刚构桥在各向振动分量的作用，以及各向振动不同相位差的行波效应，对其地震反应的一般影响规律进行了讨论。结果表明：在地震波的各单向行波效应和三向正交行波效应时，结构的内力均有不同程度的增大，而结构的位移却呈现减少的趋势，结构的振动周期延长。     

船行波激励下深水桥墩的动力响应分析

土凉大桥主桥为(75+4×130+75)m预应力混凝土刚构-连续梁组合体系桥梁。该桥施工过程中,船行波引起桥墩较大晃动,施工被迫停止。为解决这一问题,根据库斯科公式、开尔文理论及《港口与航道水文规范》计算船行波荷载,以8号墩为例采用ANSYS软件建立桥墩有限元模型,分析船行波作用下桥墩的动力响应。结果表明:作用在桥墩上的船行波荷载为沿结构淹没深度变化的非线性分布荷载,随水深的增加迅速降低;船速20km/h时,墩顶位移和加速度响应最大;为避免桥墩出现较大晃动,建议客船行至桥墩附近时将船速减小至15km/h以下通过桥墩。     

考虑行波效应的长联大跨径减隔震连续梁桥地震响应研究

为探讨行波效应对长联大跨径减隔震连续梁桥结构地震响应的影响规律,以某长联大跨径钢桁架连续梁桥为对象,建立了该桥采用双曲面球型减隔震支座进行减隔震设计的三维有限元分析模型,通过基于大质量法的非线性时程分析,对该桥考虑行波效应和一致激励下的地震响应进行了计算和对比分析。研究结果表明:行波效应对大桥地震响应的影响较为明显,且与一致激励工况相比,考虑行波效应后大桥内力响应可能发生明显增大,不利于结构安全,而导致响应增大所对应的地震波视波速则会随支座参数改变发生变化;同时主梁位移则随加载视波速的增加缓慢增大,在一致激励作用下达到峰值;在类似减隔震设计中,应考虑行波效应的影响以保证结构响应在安全范围内,主梁位移可偏安全地以一致激励所得结果为准。     

非对称混合梁斜拉桥行波效应和余震响应分析

以吉林省四平市165 m+45 m+45 m非对称混合梁斜拉桥为工程背景,结合其跨度大、混合主梁、主塔高、结构非对称特点,采用有限元分析软件建立MIDAS CIVIL三维空间模型。基于动力时程分析法,研究行波效应对非对称混合梁斜拉桥地震响应的影响。通过刚度折减来模拟主震过后各桥墩的损伤状态,计算结构在余震作用下的响应,进一步分析和比较在E1地震和E2地震作用下结构的位移和应力变化。     

考虑轨道约束的高速铁路简支梁碰撞效应研究

为研究轨道结构对简支梁桥碰撞效应的影响规律,以沪昆线上某4-32m简支箱梁为例,采用大质量法分析地震动的行波效应,用Kelvin单元分析桥梁碰撞,用非线性杆单元模拟梁轨接触,建立了考虑滑动支座摩阻力、桥墩弯矩曲率非线性和桩土共同作用的梁轨系统动力有限元模型,分析了一致激励和行波效应下考虑轨道约束的高速铁路简支梁桥碰撞效应,并对梁缝宽度、线路纵向阻力等设计参数进行了敏感性分析。结果表明:轨道结构对桥梁纵向位移起到了约束作用,可减弱甚至消除梁体间的碰撞效应;适当增加梁缝宽度,可大幅度减小梁体碰撞次数和撞击力;线路纵向阻力减弱时(如采用小阻力扣件时),梁体间的碰撞效应增强。     

大跨度连续刚架钢桁拱桥的动力特性及行波效应分析

以广州新光大桥为例,详细分析了大跨度连续刚架钢桁拱桥的动力特性以及在两阶段两水准设防概率水平下,考虑行波效应时的地震响应,并与一致激励下结构控制断面的内力和位移响应情况进行了详细比较;给出了在不同剪切波速下主拱拱顶纵向位移时程曲线,证明了地震剪切波速对结构控制断面的位移有着较大的影响。所得结论为类似大跨度桥梁的抗震设计提供了理论依据。     

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。     

铁路连续刚构桥合龙顶推力分析

针对铁路桥梁合龙大吨位顶推力理论分析及顶推力作用下结构力学性能研究不足,以某4跨连续刚构铁路桥为对象,考虑施工因素、合龙温度、混凝土收缩徐变等对桥墩水平位移的影响,拟合顶推力与桥梁水平位移的关系,推导基于水平位移的顶推力计算公式,并分析顶推力作用下桥梁结构不同阶段变形与受力。结果表明:在桥墩受力不超过规范允许条件下,顶推力与桥墩水平偏位成线性关系;施加计算顶推力下实桥的顺桥向位移与计算值偏差小于5%,公式拟合良好;施加顶推力将增加成桥阶段桥墩的拉应力;施加顶推力运营10年后,大桥的主梁下挠、桥墩顺桥向水平偏位将得到有效控制,桥梁结构安全。     

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。     

客运专线多跨连续刚构桥合龙顺序对桥墩水平顶推位移影响研究

由于多跨连续刚构合拢过程是结构体系转换过程,使得结构从悬臂施工时的静定结构转化为连续的超静定结构。同时,梁体合龙时桥梁的主墩会发生向内弯曲变形,多大的桥墩弯曲变形,会对结构的受力产生不利的影响,而且也会对结构造成结构在后期的运营中梁体预应力的松弛。对此,在连续刚构桥合龙时需要预先对桥墩进行水平顶推,顶推的水平位移太大会造成施工中桥墩墩底开裂,顶推位移太小会对成桥后的桥墩造成开裂。现以某客运专线4跨连续刚构桥为例,应用数值仿真模拟的方法,对采用不同的合龙顺序情况下,桥墩顶推水平位移进行研究探讨。其成果可为今后连续刚构施工提供相关的参数或经验。     

高墩大跨连续刚构桥抗风及P-△效应分析

高墩连续刚构桥墩身具有特殊的受力和变形特征,该文基于龙潭河特大桥的特点,采用动力冲击风荷载对该桥施工过程中的典型工况进行了抗风分析,并在动力冲击风荷载作用下对成桥阶段进行了P-△效应（重力二阶效应）分析。结果表明,施工阶段全桥应力满足混凝土结构强度要求,施工过程整体抗风性能良好,P-△效应会增加箱梁和桥墩的侧向位移和桥墩底部拉压应力。     

高墩大跨连续刚构桥抗风及P-Δ效应分析

高墩连续刚构桥墩身具有特殊的受力和变形特征,该文基于龙潭河特大桥的特点,采用动力冲击风荷载对该桥施工过程中的典型工况进行了抗风分析,并在动力冲击风荷载作用下对成桥阶段进行了P-Δ效应(重力二阶效应)分析.结果表明,施工阶段全桥应力满足混凝土结构强度要求,施工过程整体抗风性能良好,P-Δ效应会增加箱梁和桥墩的侧向位移和桥墩底部拉压应力.     

考虑行波效应的大跨度斜拉桥耗能减震

地震作用下飘浮体系斜拉桥的纵向位移较大,需采取抗震减震措施.以一座大跨斜拉桥为实例,建立其三维有限元模型计算分析了地震行波输入下粘滞阻尼器对飘浮体系斜拉桥的减震效果.结果表明,地震行波效应会减小斜拉桥桥塔的地震反应而增大主梁的地震反应,粘滞阻尼器被动控制对斜拉桥位移的减震效果非常显著,且行波效应对其减震效果无明显不利影响.     

基于行波效应的大跨度钢-混凝土组合拱桥地震响应分析

研究大跨度结构的地震响应时,有必要考虑地震波的行波效应。针对一种特殊的钢-混凝土组合拱桥进行地震响应研究。以重庆市万县长江大桥为建模依据,使用大型通用有限元软件sap2000建立跨径为420 m的钢-混凝土组合拱桥计算模型,并对该模型多种激励状态进行分析。在一致激励状态下进行几何非线性时程分析,并基于多点激振理论和相对位移法,采用7种不同的时差对计算模型进行行波效应下的地震响应分析。对比研究表明行波效应对大跨度桥梁结构地震响应有很大影响。     

长联RC连续箱梁单点顶升参数分析及结构仿真优化

为了研究等跨径RC连续箱梁在强迫位移顶升下的真实力学行为,对长联连续箱梁结构进行优化试算,分别建立了单点在不同强迫位移下的结构应力计算模型、结构间隔强迫位移模型和连续强迫位移模型等3种模型,并和空间ANSYS实体模型进行对比分析。研究表明,任意等跨径RC连续箱梁任意中墩存在单点不同步顶升位移,其结构最大应力分布相同,和桥墩位置无关,计算时可以选取子模型计算,节省计算时间和减小计算量。强迫位移按桥墩间隔分布箱梁的附加应力分布最不利,单点强迫位移箱梁附加应力分布次之,桥墩连续强迫位移箱梁附加应力分布最小。实际同步顶升控制时,可对各墩顶强迫位移线形峰值进行控制,若出现的间隔三角形峰值越多,箱梁结构安全越不利。