伸缩缝刚度对大跨度悬索桥动力特性的影响

伸缩缝作为大跨度桥梁与引桥之间的重要连接构件,其抗推刚度及可能存在的变异性对主桥及引桥动力特性的影响不可忽略。本文建立了大跨度悬索桥及引桥的有限元模型,采用弹簧单元模拟加劲梁与引桥箱梁之间的伸缩缝,分析伸缩缝刚度对悬索桥及引桥自振特性及其地震响应的影响规律。分析结果表明:伸缩缝刚度对加劲梁的横弯振型、竖弯与纵飘耦合振型的频率有明显的影响;伸缩缝刚度的变化会导致加劲梁与引桥的振型相互耦合,同时这些振型的频率发生相应的突变,当伸缩缝刚度较大时,加劲梁两个竖弯与纵飘的耦合振型解耦成为独立的竖弯和纵飘振型;当引桥与悬索桥加劲梁的纵飘振型发生耦合时,在纵向和竖向地震作用下的悬索桥及引桥的地震响应达到最小。伸缩缝刚度对悬索桥动力特性影响的分析可为悬索桥的模态参数确认、损伤识别、抗震性能分析提供有价值的借鉴。     

地震作用下高速铁路车-线-桥耦合系统动力响应分析

地震激励对高速车辆-简支箱梁桥系统动力响应的影响关系到高速铁路运营安全。基于车辆-轨道耦合动力学和列车-轨道-桥梁动力相互作用理论,运用有限元和多体动力学方法,建立高速铁路桥梁区段车辆-轨道-桥梁耦合系统动力学模型,分析在人工地震波作用下高速铁路车-线-桥耦合系统动力响应。结果表明:地震激励对轨道板、支撑层和桥梁的横向振动特性的影响大于对垂向振动特性的影响,桥梁结构对地震激励的敏感程度大于轨道结构;车辆运行速度对系统垂向振动特性的影响大于对横向振动特性的影响。研究结论可为地震荷载作用下高速铁路安全运营提供理论依据。     

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.     

考虑约束扭转的斜拉桥车激横向振动分析

利用有限单元法,基于力学原理和几何协调条件,导出了非对称箱型截面梁单元的弯扭耦合刚度矩阵,建立了斜拉桥在车辆荷载作用下的横向动力分析模型。由于考虑了箱梁的约束扭转,该模型能够分析复线或多线铁路桥在偏载作用下的横向振动问题。以桥梁轨道随机不平顺作为激振源,进行了机车过桥的实例分析。计算结果表明,桥梁的车激横向动力响应随车速及轨道不平顺样本的不同而变化,并随桥跨的增加而快速变得显著,车辆偏载对箱梁扭转振动有显著影响,所建立的力学模型是斜拉桥车桥耦合振动分析的实用模型。     

Wind-induced vibration control of bridges using liquid column damper

The potential application of tuned liquid column damper (TLCD) for suppressing wind-induced vibration of long span bridges is explored in this paper. By installing the TLCD in the bridge deck, a mathematical model for the bridge-TLCD system is established. The governing equations of the system are developed by considering all three displacement components of the deck in vertical, lateral, and torsional vibrations, in which the interactions between the bridge deck, the TLCD, the aeroelastic forces, and the aerodynamic forces are fully reflected. Both buffeting and flutter analyses are carried out. The buffeting analysis is performed through random vibration approach, and a critical flutter condition is identified from flutter analysis. A numerical example is presented to demonstrate the control effectiveness of the damper and it is shown that the TLCD can be an effective device for suppressing wind-induced vibration of long span bridges, either for reducing the buffeting response or increasing the critical flutter wind velocity of the bridge.     

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.     

Dynamic behaviour of a cable-stayed bridge

The dynamic response of a cable-stayed bridge to seismic, wind and simulated traffic loads is discussed. The analysis procedure which is used considers non-linear behaviour of the cables, caused by the variation in sag with tensile force, and non-linear behaviour of the bending members, caused by the interaction of axial and bending deformations. It is concluded that the non-linearity of the structure must be considered in determining the stiffness of the structure in the dead load deformed state. A linear dynamic analysis, however, starting from the dead load deformed state will give results within normally required design accuracy.     

非对称单侧混合梁斜拉桥多点激励地震响应分析

以一座主跨为820 m的双塔非对称单侧混合梁斜拉桥为研究对象,对其进行动力特性分析。运用相对运动法进行多点激励地震响应计算,分析行波效应对塔顶、主梁、塔底等关键位置动力响应的影响,同时对比分析入射角方向（即斜拉桥两侧相对方向）对其动力响应的影响。结果表明：与一致激励分析结果相比,多点激励使得主塔内力结果偏小,而使得主梁内力结果偏大;不同入射角地震激励对非对称大跨度斜拉桥的内力也会产生较大影响,内力变化可达20%。因此,在进行该类型非对称混合梁斜拉桥设计中,应考虑非一致激励效应和地震动输入方向的影响因素。     

自复位高墩振动台模型试验

为探讨自复位桥墩的地震反应,以某简支梁桥为工程背景,设计并制作了一个缩尺的模型桥梁。通过白噪声扫频获得了自复位桥墩的动力特性及其变化规律,选取El-Centro、Mexico和Chi-Chi强震记录作为地震动输入,进行振动台模型试验。试验记录了墩顶的加速度和位移反应,考查了地震动强度、频谱特性及预应力钢筋及其初始预加力对模型桥墩动力特性及摇摆反应的影响。试验结果表明:墩顶水平加速度反应随地震动强度及初始预加力的提高而增大,墩顶位移反应受地震动的强度、频谱特性及初始预加力大小影响较大。墩底提离面轻微损伤会明显降低体系的整体水平刚度,初始预加力则能提高体系整体水平刚度,桥墩的阻尼比随体系的水平刚度增大而减小。强震下自复位桥墩发生了预期的提离摇摆,震后墩底提离面出现轻微损伤,墩身无裂缝产生,结构具有良好的抗震及自复位性能。振动台试验结果验证已有文献的数值分析结论,振动台试验数据可用于数值模型校核或修正。     

Effects of bottom bracings on torsional dynamic characteristics of horizontally curved twin I-girder bridges with different curvatures

Curved twin I-girder bridges (CTIGBs) have low torsional stiffness that makes them vulnerable to dynamic loads.This study investigates the effects of bottom bracings on the torsional dynamic characteri...     

长联大跨摩擦摆支座隔震连续梁桥多维地震反应分析

结合长联大跨连续梁桥的特点,以1座(65+123+156+123+10×90+55)m长联大跨摩擦摆支座隔震连续梁桥为背景,建立了全桥三维有限元模型,运用非线性时程分析法,分析了地震动输入模式、地震动强度、摩擦摆支座参数对该桥内力、位移和能量响应的影响。研究结果表明:(1)长联大跨连续梁桥布置摩擦摆支座,可有效延滞固定墩顶有效主梁质量效应,实现全桥协同抗震。大部分地震能量可通过支座滞回耗能散耗,大幅降低了该桥固定墩地震能量耗散需求。(2)长联大跨连续梁桥减隔震设计中,建议采用水平单向+竖向地震组合进行内力设计,采用三向地震组合进行位移设计。(3)强震作用下,支座摩擦因数取0.029~0.034时该桥隔震性能最优。     

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。     

四种地下结构抗震设计简化分析方法对比

在地下结构抗震设计简化分析方法中,强制反应位移法将土层变形施加在有限元模型侧边界模拟地震作用,反应加速度法将土层加速度施加到整个有限元模型上模拟地震作用,此外还有仅将土层加速度施加到土层模型上模拟地震作用的方法。上述方法均规避了反应位移法中关于弹簧刚度的取值问题,提高了计算效率。本文以1个双跨箱形结构为例,用动力时程分析的计算结果作为校核,分析了强制反应位移法、反应加速度法和仅将土层加速度施加到土体中的简化分析方法在不同侧边距条件下的计算精度,再结合常用的反应位移法,对比分析了4种简化分析方法的误差。分析结果表明:使用强制反应位移法时,侧边距取为1倍结构宽度导致的误差最小,反应加速度法和仅在土体施加加速度的简化方法对侧边距取值不敏感,反应位移法在角点造成的误差最大。     

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。     

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。     

基于粘滞阻尼器的元江大桥减震设计方案

为了提高大跨度桥梁的抗震性能水平,基于粘滞阻尼器的结构减震控制技术成为专家学者研究的重点和工程设计人员首先考虑的抗震设防措施。现有成果主要集中在大跨度公路斜拉桥的研究和应用,在山区的非规则高墩钢桁连续梁桥研究的较少。以云南省元江大桥为例,采用Midas/civil建立弹性分析的有限元模型,对元江大桥进行了动力特性分析。采用快速非线性时程分析方法对粘滞阻尼器参数进行了优化分析,并且总结了粘滞阻尼器参数对高墩连续梁桥的减震作用规律。最后,通过有控和无控结构的地震动响应对比分析,评价了安装阻尼器后的结构主控部位的减震效果。结果表明:减震控制提高了结构的安全性。     

澳门澳凼第三大桥斜拉桥地震反应分析

结合一座澳门澳凼第三大桥斜拉桥的工程设计实例,采用大型有限元分析程序ANSYS,选取空间BEAM188、BEAM4及SHELL63单元建立动力计算模型,对比研究了主塔墩底在假定固结和考虑桩土共同工作这两种边界约束处理方式下的动力特性;并选取三条地震波在桥的纵、横向分别进行桥梁地震作用下的时程分析,给出了主梁和中塔的内力、位移及时程响应。     

连续箱梁高架桥横向动力分析

本文提出了可以考虑箱形梁弯曲、扭转、畸变多种因素的梁－墩系统横向振动的动力分析模型。     

Ambient vibration survey of the bosporus suspension bridge

Traffic and wind excitation has been used to obtain the dynamic characteristics of the first Bosporus (Bogazici) Suspension Bridge. Structural symmetry and the absence of suspended side-spans allowed attention to be focused on the main span and the Asian tower. For the main span, 18 vertical and 20 lateral modes were obtained, including torsional modes. For the tower, 12 longitudinal and 12 lateral modes were identified. All these models lie in the range 0–1-1 Hz. A detailed comparison is given between these modes and corresponding calculated modes, obtained by use of a three-dimensional finite element model which includes a geometric stiffness matrix. Of particular interest is the validity of the theoretical model used for the box-deck, because of its subsequent use in response studies of asynchronous seismic excitation. Comparison with a more limited study made in 1973 shows that the bridge continues to behave as it was designed to behave, particularly with regard to the deck-tower interface. From natural frequency measurements of two hangers, the load which they carry was assessed.     

钢箱梁自行车桥的舒适度研究

为研究厦门市薄壁弯箱梁自行车桥的舒适度,借助SAP2000有限元软件建立自行车高架桥三维模型,参考德国标准EN 03设计人行荷载模型,计算0~50Hz频率范围内桥梁的动态响应,根据该桥结构动力特性,分析0~4Hz激励荷载作用下各跨跨中的动力响应及不同桥跨之间的衰减情况。结果表明:激励响应主要以竖向响应为主,横桥向和顺桥向的位移值大约为竖向位移值的0.51%~27.69%;第4跨激励响应最大,第3跨最小;相邻跨受迫振动响应随跨度距离的增大依次减小;跨内及不同桥跨间的加速度响应结果均达到规范规定的舒适度要求;速度响应同加速度在趋势上吻合度良好,速度指标可作为舒适度评价补充验算的指标。该研究结果对今后指导自行车桥设计和舒适度分析意义重大,并为研究者对该类桥的进一步研究提供借鉴。