不同支座约束方式下的斜拉桥抗震性能分析

为确定某一独塔双索面斜拉桥合理的抗震约束体系,运用有限元软件Sap,结合该桥的特点,建立了索塔纵向、过渡墩纵横向均自由和索塔纵横向、过渡墩横向均约束两种不同约束的体系下桥梁的有限元模型,这两种约束体系分别视为方案1和方案2,并对其分别进行自振特性以及的地震响应分析.结果表明,方案2和方案1相比,主塔支座处的剪力、塔柱的内力以及过渡墩和主塔支座处的位移都降低了很多,索塔约束可降低主塔的内力,从而提高主塔的安全度,因此推荐采用索塔纵横向、过渡墩横向均约束的方案.     

超高墩多塔混凝土斜拉桥纵向约束体系研究

为探讨不同纵向约束体系对超高墩多塔混凝土斜拉桥地震响应的影响,以墩高178m的赤石特大桥为研究对象,建立全桥有限元模型并进行非线性时程分析,研究了一致和非一致2种纵向约束方式下约束刚度对结构地震反应的影响,并综合对比了各类典型纵向约束体系下结构的抗震效果,最后根据分析结果确定该新桥型的合理纵向约束体系。研究结果表明:一致纵向约束方式下,约束刚度对结构变形的影响较内力更加突出,设计时应以控制结构变形为主,设置较刚性的纵向约束对改善结构抗震性能更加有利;非一致纵向约束方式下,边塔约束刚度对各塔地震反应的分布有重要影响,合理设置边塔纵向约束刚度对平衡结构的响应分布非常关键;对于超高墩多塔斜拉桥而言,采用全漂浮体系和弹性约束体系,抗震效果均不是十分理想,而采用固结体系和弹性-固结体系,可在不显著增大结构内力的同时大幅降低结构变形,是比较合理的纵向约束体系。     

应用新型油阻尼器的斜拉桥横向减震体系

为解决斜拉桥横向塔-梁、墩-梁固结体系导致地震响应过大的问题,兼顾斜拉桥横向抗风、隔震需求,基于溢流阀及油阻尼器性能,设计了一种刚度可变的新型油阻尼器,进而提出油阻尼器与滑动球型钢支座、油阻尼器与叠层橡胶支座并用的两种横向减震体系。以某近海双塔双索面斜拉桥为研究对象建立有限元模型,利用时程法计算两种体系减震效果。结果表明:相对于传统的塔-梁固结体系,应用两种减震体系时,塔底弯矩分别降低44. 9%、43. 6%,塔底剪力分别降低40. 7%、39. 0%,且不会引起过大支座位移、残余位移。滑动球型钢支座刚度低,地震响应更小,但缺乏回复机制,支座残余位移稍大;叠层橡胶支座刚度较高,残余位移小,但高刚度使各构件承受更大惯性力,达到相同减震效果需阻尼器提供更高出力。两种塔-梁减震体系各有优劣,但均具有较好的减震效果,均可应用于斜拉桥横向减震。     

斜腿夹角对V形墩连续刚构桥地震响应的影响研究

为研究斜腿夹角对V形墩连续刚构桥地震响应的影响及合理斜腿夹角角度,以一座典型V形墩预应力混凝土连续刚构桥为研究对象,采用有限元分析方法研究了斜腿夹角θ对桥梁内力及位移的影响,得出了θ对结构地震响应的影响规律和变化曲线。研究结果表明:随着斜腿夹角的增加,在纵向地震力作用下,墩底纵向弯矩逐渐减小,墩顶和主梁墩顶支撑处纵向弯矩逐渐增大;在横向地震力作用下,跨中横向弯矩逐渐减小,墩底横向弯矩逐渐增大,墩顶横向弯矩基本不变;在竖向地震力作用下,墩底和墩顶竖向弯矩逐渐增大,主梁支撑处竖向弯矩逐渐减小;斜腿夹角对纵向或横向地震力作用下结构位移影响不大,对竖向地震力作用下的位移影响较大。在满足静力设计的前提下,当两斜腿夹角为90°时,结构地震响应相对较小,受力合理性最优。研究成果可为该类桥梁的抗震设计与斜腿夹角角度选取提供参考和依据。     

榕江大桥主桥振动台试验研究

榕江大桥是一座柔梁矮塔斜拉桥,为研究其纵向合理抗震体系和减震措施,设计了1∶20缩尺试验模型,并开展了四台阵振动台试验。通过改变塔-梁的连接方式,建立了无约束体系和粘滞阻尼器体系的试验模型,并分别测试不同地震激励下的地震反应。试验结果表明:与无约束体系相比,粘滞阻尼器体系不能减小结构的纵向加速度反应,但能够有效减小纵向位移反应,且随着动峰值加速度的增加,位移控制的效果更明显;在具有相同动峰值加速度的不同地震波激励下,结构的地震响应存在差异,甚至相差较大,应选取与工程场地频谱特征值相符的地震波进行桥梁抗震设计。     

大跨度斜拉桥地震响应非线性时程分析

以有限元分析理论为基础,结合某大跨度斜拉桥工程实例,利用ANSYS软件建立有限元模型,通过修正后的El Centro波分别考虑横向、竖向及纵向输入,采用时程分析方法对其进行地震反应分析.计算分析表明:考虑几何非线性后,结构的内力和位移响应明显增大,且对主梁和索塔内力与位移的影响程度及规律也不尽相同,须区别对待分析.同时表明该桥抗震性能良好,地震荷载不控制设计.由此得出结论,对于斜拉桥这类柔性体系, 不可忽视结构几何非线性的影响.     

基于基础隔震理念的转体斜拉桥抗震性能研究

为研究基础隔震体系对转体斜拉桥抗震性能的影响,以新建福厦客运专线太城溪特大桥为工程背景,建立全桥动力模型,进行非线性时程分析。选取7组地震波与5组曲面摩擦摆支座基础隔震方案,对比分析基础隔震转体斜拉桥的抗震性能。结果表明：采用基础隔震体系后,转体斜拉桥的自振周期增大,整体刚度与地震响应显著降低;曲面摩擦摆支座对结构变形的影响较小,但会使内力大幅降低,可作为该转体斜拉桥基础隔震体系的隔震支座;采用基础隔震体系后,主墩墩底弯矩减小44.83%～55.82%,剪力减小40.3%～63.09%,塔梁固结处产生最大位移65.53 mm。     

斜拉桥结构减震设计优化研究

位于中强以上地震烈度区的大跨斜拉桥结构,如果采用传统的抗震设计方法,通常很难满足结构的抗震设计要求,因此采取一定的减震措施显得非常必要。本文以某一总长为2 088m的大跨双塔双索面斜拉桥为分析算例,对斜拉桥结构的减震设计进行了研究。合理的减震结构体系是取得良好减震效果的前提,通过分析对比,该大跨斜拉桥横向采用局部减震体系最为合理,即只在近塔辅助墩处设置横向粘滞阻尼器,其它塔、墩处采用常规的横向约束方案。为使减震结构得到更好的减震效果,还应对减震装置参数进行优化设计。由于采取了合理的减震结构体系、较优的减震装置参数,使该大跨斜拉桥取得了很好的减震设计效果。     

主塔类型对斜拉桥横向地震响应的影响

通常情况下斜拉桥的主梁与主塔横向自由度约束,因此,主塔横向地震响应通常为斜拉桥抗震设计中的控制工况。目前,对于斜拉桥主塔横向抗震性能的研究大多是针对某特定形状的主塔,不同塔型主塔抗震性能的区别还鲜有研究。本文基于某斜拉桥实际方案,建立不同塔型的斜拉桥仿真模型,对比分析了不同塔型斜拉桥的静力及动力特性,并探讨了不同类型地震动(远场FF、近场无脉冲NNF、近场有脉冲PNF)对于各种塔型斜拉桥地震响应的影响。分析表明:恒载下钻石型与花瓶型塔底的剪力与弯矩会显著大于其它塔型;横向地震作用下,各类型主塔的最大弯矩响应均出现在塔底,其中钻石型与花瓶型塔底的响应显著大于其他塔型。对于各种塔型,近场脉冲型地震动(PNF)均会导致(相较FF和NNF)更显著的主塔内力响应,且PNF导致的响应放大系数对于各种塔型均差不多(约为2倍)。塔身倾角的参数分析结果表明:随着上、下倾角逐渐减小(由95°减小至75°),地震下塔底弯矩均会逐渐增大约2倍。     

大跨度斜拉桥阻尼器参数分析

以某大跨度斜拉桥实际工程为依托,研究大跨度斜拉桥线性粘滞阻尼器参数的不同选取对该桥抗震性能的影响。通过线性动力时程分析对线性粘滞阻尼器在大跨度斜拉桥中阻尼系数C进行参数敏感性分析,并与该桥在未设置线性粘滞阻尼器状态下的地震响应进行比较分析。结果表明:斜拉桥纵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;可以有效的控制大跨度斜拉桥纵向位移,但是在高频区,竖向位移放大约为23%;同时也改善了结构构件的地震力响应并为同类工程粘滞阻尼器应用中的参数研究提供参考。     

基于地震易损性分析的平塘特大桥关键构件破坏顺序研究

为探究山区超高墩三塔大跨斜拉桥在地震作用下各关键构件（桥塔、支座、基础和桥墩）的破坏顺序,以在建的贵州平塘特大桥为工程依托,首先基于OPEENSEES软件建立空间有限元模型,然后基于概率理论建立斜拉桥地震易损性模型,最后以混凝土应变和支座相对位移为易损性指标进行增量动力分析,得到各构件易损性曲线,并基于各构件的易损性曲线对此类桥型的构件破坏顺序进行分析。研究表明：横向地震对该斜拉桥造成的破坏程度要大于纵向地震;在纵向地震作用下桥梁结构最易发生破坏的是中塔支座和边塔基础,在横向地震作用下桥梁结构最易发生破坏的是边塔支座和过渡墩基础。     

无缝桥抗震性能的对比研究

本文以一座三跨总长60 m的整体桥为案例桥,分别试设计了同跨径的半整体桥、延伸桥面板桥和常规连续梁桥。通过Midas/Civil软件建立四种桥型的有限元模型,并对其进行了E1和E2反应谱分析和时程分析,对比了四种桥型的结构反应峰值（墩顶位移、桥墩及桩基剪力与弯矩、台底位移、桥台桩基剪力与弯矩）。计算结果表明:当桥梁存在15°的斜交角,整体桥、半整体桥在地震动沿平行于桥台长边方向及其垂直方向输入时更不利,而延伸桥面板桥和常规连续梁桥在地震动沿顺桥向和横桥向输入时更不利。四种桥型在地震作用下:整体桥抗震性能最优异,但其台底位移、桥台桩基的剪力和弯矩最大;半整体桥台底位移、桥台桩基的剪力和弯矩最小,其墩顶位移、桥墩及桩基的剪力和弯矩仅比整体桥大;延伸桥面板桥和常规连续梁桥的墩-梁相对位移远大于整体桥和半整体桥,不适用于地震基本烈度高的区域。     

地震作用下高烈度区连续刚构桥参数敏感性分析

大跨连续刚构桥的参数变化对其地震响应影响较大,为了进一步研究地震作用下刚构桥各参数变化对桥梁内力的影响,以一连续刚构桥为例,采用正交数值试验的方法,以主梁跨中横桥向弯矩、墩顶顺桥向弯矩、墩底顺桥向弯矩及墩底横桥向弯矩为考核指标,分析地震作用下结构参数(边中跨比、梁底幂次、墩高比)的变化对桥梁内力的影响规律及其参数敏感性。研究结果表明:对于跨中横桥向弯矩,墩高比对其影响较大,墩高比的增加可使弯矩值最大增加28%;对于墩顶顺桥向弯矩、墩底顺桥向弯矩以及墩底横桥向弯矩,边中跨比对其影响较大,边中跨比的增加可使弯矩值最大分别增加51%、55%和52%。高烈度区的桥梁设计应重视边中跨比及墩高比的选择。     

基于弹性拉索的超高墩三塔斜拉桥减震效果研究

为探究超高墩三塔斜拉桥在弹性拉索装置下的减震效果,首先利用SAP2000建立了考虑支座非线性和拉索几何非线性的三维有限元模型;其次基于弹性拉索装置,研究了弹性拉索刚度对三塔斜拉桥地震响应的影响;最后基于数值分析结果并结合某三塔斜拉桥实际工程提出3种减震方案。研究表明:在两边塔塔梁结合处设置弹性拉索可显著减小桥梁在地震作用下的内力和位移响应;提出的方案1(两边塔单根弹性索均为50股,单股刚度均为12000kN/m)、方案2(两边塔单根弹性索均为100股,单股刚度均为10000kN/m)和方案3(15#主塔单根弹性拉索100股,单股刚度10000kN/m;17#主塔单根弹性拉索100股,单股刚度为16000kN/m)相较于无弹性索状态,均可有效降低主塔塔底弯矩、塔底剪力、塔顶位移及主梁纵向位移;相较于方案1,方案2和方案3是更优方案。     

高承台下自由桩长对双薄壁墩连续刚构桥地震响应的影响

为探究高承台下自由桩长对双薄壁墩连续刚构桥地震响应的影响,基于OpenSees程序建立了实桥有限元模型并进行弹塑性时程分析,通过对比不同自由桩长模型的时程曲线、峰值响应及滞回特性,分析了自由桩长对桥梁地震响应的影响。结果表明:自由桩长增加会减小桥梁刚度;地震作用下,随自由桩长增加,主梁、支座及自由桩顶的水平位移增大,且支座位移增幅大于主梁和桩顶的位移增幅,墩底内力及变形减小;地震作用下,桥梁边墩的横桥向曲率大于中墩,矮墩的纵桥向曲率大于高墩,边墩的内肢墩较外肢墩更易遭受破坏。     

强震作用下桥台对斜交连续梁桥抗震性能的影响研究

为研究强地震作用下,桥台及台后土体对斜交连续梁桥抗震作用的影响。以一座三跨连续斜交箱梁桥为依托,应用sap2000建立不同斜度的模型,针对有、无桥台两种工况,采用非线性时程分析方法,研究了纵向不同地震动强度输入下,桥台及台后土体作用对不同斜度的连续梁桥主梁和桥墩位移的影响规律,并对桥墩的延性性能进行分析。研究结果表明:桥台及台后土体的存在会抑制主梁的纵向位移,大大增加主梁梁端的横向位移,地震动幅值越大,这种作用越明显;桥台及台后土体作用会减小墩顶纵向位移和墩底纵向弯矩,降低桥墩纵向位移延性需求,提高桥墩纵向安全性,斜交角越大,该影响效果越小;桥台作用对桥墩的横向反应几乎无影响。建议在桥梁抗震设计时应考虑桥台以及台后土体的作用,并针对不同斜度的连续梁桥采取相应的抗震措施,以提高其抗震性能。     

考虑动水压力影响的单柱式桥墩地震反应分析

在Morison方程的基础上,用附加水质量法考虑动水压力对桥墩的影响,以单柱式桥墩为研究对象,以ABAQUS有限元软件为计算平台,建立了考虑桩-土动力相互作用的单柱式桥墩地震反应分析模型,考虑土体和桥墩混凝土的动力非线性特征,分析了地震动作用下动水压力对单柱式桥墩的墩顶相对墩底位移、加速度、剪力和弯矩反应的影响,并探讨了水位对单柱式桥墩地震反应特性的影响。结果表明:动水压力改变桥墩的地震反应特性,增大了桥墩顶部相对底部的位移、墩顶绝对加速度和墩底的内力,水位变化影响桥墩的地震反应特性。对于深水桥墩抗震设计计算,考虑动水压力效应、水位变化是有必要的。     

多维地震下考虑桩-土相互作用的曲线桥地震响应分析

为研究曲线桥梁在多维地震激励下考虑桩-土动力相互作用的地震响应特性,本文建立了空间桩-土脱离、摩阻和土体压缩非线性理论分析模型。为简化计算将该非线性弹簧模型进行线性化处理,结合有限元ANSYS分析平台建立了黄土场地的曲线桥仿真分析模型,对考虑桩-土相互作用的曲线桥进行了多维多工况数值分析,对比研究了曲线主梁跨中弯矩、墩底剪力和弯矩及桥墩顶位移的地震响应。结果表明:考虑桩-土相互作用的曲线桥梁主梁跨中内力与地震波输入方向密切相关,三维地震作用下主梁内力最大;各工况地震荷载作用下桥墩底部径向剪力响应比切向剪力响应大很多,而桥墩径向弯矩比切向弯矩略小;同一工况下不同桥墩顶切向位移响应大小相当,而径向位移差异较大。在进行非规则曲线桥梁抗震设计时,应充分考虑多维和单维地震激励输入工况。     

A simplified design method for metallic dampers used in the transverse direction of cable-stayed bridges

The aseismic design of cable-stayed bridges in the transverse direction with newly proposed metallic dampers that can accommodate both longitudinal and transverse movement of the deck has recently been considered. This work focuses on developing a simplified method to design an appropriate metallic damper. The seismic performance of cablestayed bridges with different damper stiffness, main span lengths, tower shapes and types of deck in the transverse direction are investigated. The transverse displacement of the deck of a cable-stayed bridge increases significantly with the increment of the damper stiffness, which proves that the design of the damper stiffness is crucial. A simplified model considering the damper stiffness, cable system and tower in the transverse direction is developed to evaluate the period and lateral displacement of a complicated cable-stayed bridge. Based on the simplified model, a design method is proposed and assessed using two cable-stayed bridges as examples. The results show that metallic dampers can be designed with high efficiency, and the optimal ductility of the damper can be selected.