近断层地震动对大跨钢管拱桥作用指标研究

结合地震动的频谱特性,研究了钢管混凝土拱桥受近断层地震动作用的评价指标.根据长周期、大跨拱桥结构易受地震低频分量和时域能量脉冲破坏作用的特点,提出了利用二进正交小波分解地震信号,并综合考虑各小波分量峰值对结构的作用影响,得到可以用来评价近断层地震动对所研究拱桥结构破坏作用的指标,体现了基于性能的结构抗震设计思想.     

移动荷载作用下钢管拱桥动力特性分析

通过大型通用有限元软件ANSYS,对某一钢管混凝土拱桥进行数值模拟,通过改变其结构的部分参数,分析计算移动荷载作用对钢管拱桥动力特性的影响.研究结果表明:移动荷载作用时对桥梁结构动力性能的影响存在一个临界速度问题,当移动速度达到临界车速时,桥梁结构的振动幅度达到最大.提出为控制桥梁结构在移动荷载作用下的振动幅度,必须对...     

桩-土-结构相互作用对大跨度CFST拱桥的地震反应的影响

以某大跨度钢管混凝土拱桥为研究对象,桩基础与地基采用J.Penzien质量-弹簧体系模拟。大跨度钢管混凝土(CFST)拱桥的三维有限元模型使用ANSYS软件建立,并进行了桥梁的地震反应空间非线性时程分析,主要分析了考虑桩-土-结构相互作用后,在地震动不同输入方式下该桥的地震反应。结果表明,不同的地震动输入方式下,桩-土-结构相互作用对大跨度CFST拱桥地震反应的影响是不同的。     

大跨钢管混凝土系杆拱桥考虑桩-土作用的近断层地震响应研究

为揭示桩-土作用对大跨钢管混凝土系杆拱桥近断层地震响应影响,针对桥梁抗震分析中常见的6种桩-土作用模拟方法,研究并建立了相应的分析模型,选取9组近断层地震动记录作为激励,开展了全桥数值模拟分析.以直接嵌固法为基准,对比研究了桩-土作用对拱桥关键构件地震响应的影响.研究表明:桩-土作用对系杆拱桥的地震响应具有显著影响,可导致桥梁关键构件的地震响应增大50％以上,其中对拱肋和风撑地震内力的不利影响最大,而对拱肋地震位移的影响最小;采用不同方法模拟桩-土作用对系杆拱桥地震响应的影响规律总体上一致,但影响程度不同,表明这几种模拟方法都可用于判断桩-土作用的有利或不利影响;最后在本研究范围内,桩-土作用的非线性影响有限,采用计算量更小的m法替代p-y曲线法也能得到较为理想的分析结果.     

哑铃型截面钢管混凝土拱桥动力特性和稳定性研究

以云南木高金沙江大桥为工程背景,采用有限元方法对哑铃型截面钢管混凝土拱桥的动力特性和稳定性进行了研究,分析了横撑布置形式、矢跨比等结构参数对该桥结构动力特性和稳定性的影响规律。计算结果表明：不同横撑布置形式下拱桥屈曲模态前3阶均为面外失稳,第4阶出现面内失稳,说明面外失稳是哑铃型截面拱桥的主要失稳形式;临近拱脚处设置为“K”撑和“米”撑的拱桥稳定系数分别比设置为一撑的拱桥安全系数增加57%和78%,说明改变横撑布置形式对于提升拱桥的整体稳定性有显著影响;矢跨比≤0.3时,拱桥稳定系数随着矢跨比增大而呈线性增加,矢跨比>0.3时,拱桥的稳定系数增加不明显,因此建议木高金沙江大桥的矢跨比为0.2～0.3较为合理。研究结果丰富了钢管混凝土拱桥动力特性的研究内容,可为哑铃型截面拱桥的设计与施工提供借鉴参考。     

南宁永和大桥地震反应分析

研究掌握桥梁的地震反应是建立合理抗震体系,采取有效抗震措施的科学根据。本文以南宁永和大桥为研究对象,建立空间结构模型,计算分析了钢管混凝土拱桥的动力特性,在此基础上对其进行地震反应谱分析和时程反应分析,并探讨了主要结构参数对下承式钢管混凝土拱桥地震反应的影响,可为该类桥梁的抗震设计研究提供分析的基础。     

基于统一理论的蝶形拱桥空间稳定性分析

为考察多拱肋蝶形拱桥结构的稳定性,基于考虑钢管套箍作用的统一理论,对大跨度蝶形钢管混凝土拱桥的2类稳定问题进行了分析.通过计算特征值,得到了结构的第一类稳定安全系数;考虑结构的几何非线性和材料非线性,用荷载增量法迭代求解,得到了结构的极限承载力和第二类稳定安全系数.以太原市南中环主桥为工程背景,对该桥各施工阶段和成桥阶段的空间稳定性进行了分析.结果表明:用换算截面法和叠合单元法获得的稳定安全系数比用统一理论法获得的整体上略小,用统一理论法分析钢管混凝土拱桥的稳定性是可行的;蝶形拱桥的失稳形式以拱的面外扭转失稳为主;拱肋的初始缺陷、活载分布形式和横向风荷载等对结构稳定性均有不同程度的影响;结构的第二类稳定安全系数均小于第一类稳定安全系数.     

钢管混凝土中核心混凝土的徐变系数终值研究

基于合理的材料本构关系模型,采用有限元法对长期荷载作用下钢管混凝土柱的变形-时间关系曲线进行了计算,并在此基础上对长期荷载作用下钢管混凝土中核心混凝土的徐变系数终值进行了拟合和分析.分析结果表明:在长期荷载作用下,钢管混凝土中核心混凝土的徐变系数终值要明显小于素混凝土;采用0.9作为钢管内核心混凝土的徐变系数终值是合理且偏于安全的.     

铁路钢管混凝土系杆拱桥动力特性及地震响应分析

以某铁路钢管混凝土系杆拱桥为研究对象,运用有限元分析软件ANSYS建立了其空间杆系有限元 模型,其中拱肋与系梁采用空间梁单元模拟,吊杆采用空间杆单元模拟,对其动力特性进行了分析;在此基础上运用时程分析方法分别计算了该桥在竖向和纵向地震力组合以及竖向和横向地震力组合两种工况下的地震响应,得到了主拱控制截面在两种荷载工况下的最大内力和最大位移响应,对其抗震性能进行了分析评价.结果表明：该铁路系杆拱桥动力特性总体体现为刚性拱桥的动力特征,横桥向刚度相对较弱,竖向地震力作用下的响应较大,应引起设计注意.研究可为同类型的铁路刚性拱桥抗震设计提供理论依据.     

脱空对钢管混凝土拱桥受力的影响分析

脱空对钢管混凝土拱桥受力特性的影响与拱桥的脱空率、含钢率、桁高等参数有关。采用有限元分析方法对脱空状态下的钢管混凝土拱桥状态进行了具体分析,得到脱空对不同拱桥参数如刚度、稳定性及动力特性等的影响结果,为今后钢管混凝土拱桥的设计提供一定的理论参考。     

脉冲型地震动对CFST拱桥抗震性能的影响分析

为了研究脉冲型地震作用下钢管混凝土拱桥的抗震性能,以一座钢管混凝土拱桥的实际工程为例,采用时程分析方法系统分析了其在非脉冲和脉冲型地震作用下的抗震性能. 首先,基于PEER地震衰减模型并采用谱兼容的方法选取了符合不同场地条件且具有不同脉冲周期的天然地震记录;其次,在综合考虑有无脉冲、脉冲周期以及地震动多维性的基础上,对钢管混凝土拱桥的抗震性能进行了对比分析. 研究结果表明:脉冲型地震动会对结构响应产生较为明显的影响,脉冲效应对结构响应的放大作用在0.96～19.88倍之间,桥梁修建处的场地条件越好放大作用越明显;脉冲周期的不同也会对结构响应产生不可忽略的影响,结构响应的改变率在10～133%之间,脉冲周期越小脉冲效应对结构响应的放大作用就越明显;与非脉冲型地震动相比,地震动多维性对脉冲型地震作用下的结构响应影响较小,但随着脉冲周期的减小,地震动多维性对结构响应的影响变大. 因此,在对断层附近的钢管混凝土拱桥进行抗震设计时不但要考虑有无脉冲的影响,还需要考虑脉冲周期、地震动多维性以及桥梁修建处场地条件的影响,以免错误地估计结构响应.      

桥梁结构非线性地震响应极值分布的估算方法

为了研究近断层脉冲地震作用下桥梁非线性地震响应极值分布,进行小失效概率下的桥梁动力可靠度精确计算,提出了一种有效的近断层脉冲地震作用下桥梁结构非线性地震响应极值分布分析方法. 首先考虑桥梁结构的非线性和地震动的不确定性,采用拉丁超立方抽样对近断层脉冲地震动随机参数和结构随机参数进行随机抽样,通过模拟的高频地震动均方值和与精确值的相对误差确定出所需要的样本数量;其次以合成的近断层脉冲地震动作为地震激励,通过时程分析对结构非线性动力方程进行求解,从而得到结构非线性地震响应极值样本,再采用改进的分数阶矩最大熵原理获得结构非线性地震响应的极值分布;最后通过非线性单自由度系统和三层非线性剪切框架验证了该方法的有效性. 研究结果表明:该方法不仅能够有效的模拟近断层脉冲地震作用时,桥梁结构与地震动双重不确定性影响下的动力响应极值分布,更能在兼顾效率和计算精度时,精确估计桥梁结构非线性地震响应极值的尾部分布,能够为桥梁结构非线性动力可靠度评估提供一种有效的途径.      

世界拱桥建设与技术发展综述

为了解近20年世界拱桥的发展情况, 分析了钢拱桥、混凝土拱桥和钢管混凝土拱桥等拱桥的建设和技术创新, 展望了拱桥今后的发展趋势。分析结果表明: 在活载比重较大、动力问题比较突出的高速铁路桥梁中, 拱桥刚度大, 应用优势突出。在跨径方面, 3种大跨径拱桥的平均跨径分别为464、370和425 m, 且最大跨径不断增大, 以钢管混凝土拱桥最为明显。在材料方面, 高强钢在钢拱桥中的应用趋势并不明显; 混凝土拱桥的材料强度随着跨径的增大而不断提高, 超高性能混凝土已经得到应用; 钢管混凝土拱桥的拱肋材料强度在不断提高; 超高性能砂浆的提出将有助于提高圬工拱桥的竞争优势。在结构方面, 主拱采用新材料和钢腹板(杆)-混凝土组合截面, 与其他结构形成组合结构, 以及桥面连续化、轻型化和强调强健性, 是重要的技术进步。在施工技术方面, 钢管混凝土劲性骨架施工法、转体施工法和快速施工法等的发明, 推动着拱桥施工技术的进步。在结构创新与技术进步的推动下, 由于拱桥在美观、经济、结构等方面的独特优势, 今后仍将被大量修建; 超高性能混凝土有望为拱桥发展带来革命性的变化; 在跨径方面, 近期可望取得明显突破的是混凝土拱桥; 桥面系与主拱共同受力、连续化、轻型化和强调强健性也是重要发展方向。      

含钢率对钢管砼拱桥动力特性的影响

按照“统一理论”计算钢管砼构件的弹性模量 ,采用空间有限元方法建立钢管砼拱桥的动力方程 ,并用子空间迭代法求解该方程的特征值 .分析不同含钢率对钢管砼拱桥动力特性的影响     

Seismic Responses of Asymmetric Base-Isolated Structures under Near-Fault Ground Motion

An inter-story shear model of asymmetric base-isolated structures incorporating deformation of each isolation bearing was built, and a method to simultaneously simulate bi-directional near-fault and far-field ground motions was proposed. A comparative study on the dynamic responses of asymmetric base-isolated structures under near-fault and far-field ground motions were conducted to investigate the effects of eccentricity in the isolation system and in the superstructures, the ratio of the uncoupled torsional to lateral frequency of the superstructure and the pulse period of near-fault ground motions on the nonlinear seismic response of asymmetric base-isolated structures. Numerical results show that eccentricity in the isolation system makes asymmetric base-isolated structure more sensitive to near-fault ground motions, and the pulse period of near-fault ground motions plays an import role in governing the seismic responses of asymmetric base-isolated structures.     

美兰法与美兰拱桥技术发展综述

回顾了美兰法100多年的发展历程,讨论了相关专业术语及其内涵与外延;调查分析了美兰拱桥在中国的应用现状,总结了美兰法的技术发展要点和历史经验;指出了美兰法技术与美兰拱结构的研究现状与发展方向。研究结果表明:美兰法在19世纪末和20世纪上半叶从欧美起源,20世纪下半叶传到中国和日本;按所采用的埋置拱架类型,其在中国的发展可分为半劲性拱架、(一般)钢管混凝土(CFST)拱架和强劲CFST拱架3个阶段;美兰拱桥为混凝土拱桥的一种,美兰法所用的埋置拱架以服务施工为主,成桥后对混凝土的增强作用为辅;截至2021年5月,收集到的中国已建成或在建的美兰拱桥有57座,2007年以来,跨径250 m以上的混凝土拱桥均采用此法修建,其中最大跨径为600 m;美兰拱桥主要应用在中国西南山区的公路桥梁中,近年在铁路桥中的应用增多,以上承式双肋组拼拱为主,矢跨比集中在1/4~1/6,拱轴线多采用悬链线;CFST拱架截面积在主拱截面中的占比、钢管直径、钢管和混凝土材料强度均随时间的推移和跨径的增大而不断提高;应用美兰法时要综合考虑有限的用钢量、受控的结构受力和简便的施工这3种因素;预埋拱架从最早的型钢向类桁式、箱式、桁式发展,目前以桁式为主,桁式钢管拱架多采用悬臂法架设,转体法也有应用且形式多样;为减少用钢量,并控制施工过程中结构的受力与变形,中国创新地引入了CFST桁式结构作为埋置拱架,并采用预压、辅助锚索、多点平衡浇筑、斜拉索等调载方法;近年来,通过采用强劲CFST拱架,外包混凝土横向分环浇筑工序减少至3环及以下;在美兰法应用方面,应以强劲CFST拱架为核心,继续开展材料、结构与施工技术方面的研究;在美兰拱结构方面,应加强钢管增强混凝土结构、超高性能材料、钢腹板(杆)-混凝土组合拱受力性能研究;同时,还应深入研究美兰拱桥的耐久性,从而为新建桥梁的设计和既有桥梁的维修养护服务。      

钢管混凝土拱桥的多维平稳随机地震响应

用随机振动理论，对钢管混凝土拱桥的多维地震响应的计算方法和响应特性进行了研究．提出了多维激励作用下的虚拟激励法，采用该方法分析了钢管混凝土拱桥在多维激励作用下的平稳随机响应特性，并探讨了主拱横撑刚度对结构响应特性的影响．结果表明，多维激励作用下的虚拟激励法与传统的随机振动理论具有相同的计算精度，但速度要快得多；横向激励和竖向激励对拱肋内力的影响较大，拱肋内力响应有随横撑剐度增大而增大的趋势。     

大跨度连续梁拱桥多点多维地震响应分析

为研究多点多维地震动作用下大跨度连续梁拱桥的动力响应,以我国南方某主跨为139 m的钢管混凝土连续梁拱桥为研究对象,基于有限元软件OpenSEES建立桥梁的三维有限元分析模型,人工合成空间非一致地震动,探究地震动的失相干程度、场地条件及行波波速对桥梁动力响应的影响.研究结果表明:地震波的空间变异性效应会对连续梁拱桥的地...     

单拱肋外倾式钢管混凝土拱桥动力特性分析

章江大桥为国内少有的单拱肋外倾式钢管混凝土拱桥.通过建立ANSYS空间有限元模型来计算分析其自振频率和振型,着重研究主拱肋核心混凝土标号、稳定拱肋外倾角度、横撑与斜撑布置形式以及拱肋与桥面联结区刚度等结构参数对结构动力特性的影响.