城市独柱墩梁桥结构体系研究

基于对目前城市桥梁通常采用的独柱墩连续梁桥的受力和结构设计存在的问题和缺陷,提出了两跨T形刚构桥梁结构形式,并对两种桥梁结构形式在构造、静力行为和抗震性能方面的特点进行了研究。与连续梁桥相比,独柱墩T形刚构桥通过墩梁固结节省了支座,简化了伸缩缝的构造,增加了桥梁的横向稳定性,大大减小了横梁的受力。静力研究表明,两种结构在自重、温度及活载作用下,弯矩和变形基本接近,但T形刚构预应力损失小,且预应力次力矩对于主梁抗弯产生了有利效果。地震反应分析结果显示,墩梁固结能够显著降低地震力作用下桥墩和桩基的弯矩,提高了桥梁的抗震能力,简化了抗震构造。     

城市独柱墩桥梁结构体系非线性抗震研究

针对城市桥梁采用的独柱墩连续梁桥具有的缺点,提出了采用两跨T形刚构桥梁的结构形式。利用非线性时程分析方法,考虑钢筋混凝土桥墩材料的非线性,对两种桥梁结构在纵向地震动作用下的非线性地震反应行为进行了分析,得到了两种桥梁结构桥墩的弯矩、剪力、位移以及塑性铰转角时程。结果表明,在同一地震动作用下,T形刚构桥墩所受弯矩小于连续梁,所受剪力大于连续梁,桥墩塑性铰的转角远小于连续梁。因此,在同等损伤程度和保证桥墩抗剪能力的情况下,T形刚构比连续梁能够承受更强的地震。     

斜交连续刚构桥桥墩地震易损性分析

以美国西部地区某斜交公路连续刚构桥为研究对象，研究其不等高墩易损性差异以及斜交角的改变对桥墩地震易损性的影响。考虑桥梁结构参数和地震动的不确定性，选取100条地震动，沿纵桥向输入，生成"结构-地震动"样本库，以地震动峰值加速度（PGA）为强度指标（IM），利用OpenSees软件对结构进行非线性时程分析得到桥墩动力响应，而后以桥墩曲率延性比衡量桥梁破坏状态，在确定桥墩损伤指标的基础上，采用可靠度理论得到各桥墩的地震易损性曲线，判断桥墩的损伤模式、损伤特点。在此基础上，改变桥梁斜交角度进行易损性分析，得到斜交角变化对桥墩地震易损性的影响。研究表明：该桥最矮墩发生损伤的概率大于其他桥墩，桥墩最先进入塑性的是墩顶和墩底区域；不同斜交角对桥墩的地震响应影响显著，各墩损伤破坏排序与斜交桥结构构造特点有关，同一排架墩的两侧墩柱易损性呈现与角度变化趋势相反的排列，损伤越严重，趋势越明显；对于此不等高的斜交刚构桥，最矮墩为其抗震薄弱环节，斜交角越大，越应该关注钝角处矮墩的损伤情况，并提高其设计标准，在进行斜交刚构桥抗震设计中应予以重视。     

典型高墩大跨混凝土刚构桥模态参数测试

位于云南省鲁甸县的牛栏江大桥是三跨一联(90m+170m+90m)的预应力混凝土刚构桥,混凝土薄壁空心墩高度为128 m,是典型的高墩大跨混凝土刚构桥.为了系统研究该类桥梁的抗震性能,对牛栏江大桥实施了模态测试.通过合理选择传感器和记录器,恰当地布置测点,克服了信号弱、频率低、测点间距大等困难,得到了高质量的反映该桥模态的数据.结合数值分析给出了振型形状,依据实测数据得出该桥的竖向、纵向和横向多阶模态.由于该桥构造上具有横向类似悬臂梁的特点,约束最少,相对薄弱,模态结果证实了这一认识.     

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。     

双薄壁高墩曲线连续刚构桥地震响应分析

为确定双薄壁高墩曲线连续刚构桥的自振特性和最不利地震激励方向,以某大跨径双薄壁高墩曲线连续刚构桥为实例,对其进行了自振特性和地震响应分析.应用MIDAS/Civil有限元软件建立了该桥空间有限元计算模型,采用数值仿真方法研究了墩底边界约束、曲率半径对该高墩曲线连续刚构桥结构自振特性的影响,探讨双薄壁高墩曲线连续刚构桥动力特性,并按照最不利地震激励方向分析双薄壁高墩曲线连续刚构桥的地震响应.计算结果表明:对于高等级公路中的曲线半径较大的双薄壁高墩曲线连续刚构桥,曲率对桥梁的自振特性影响很小;曲线连续刚构桥第1阶振动模态一般为纵飘,考虑桩土结效应后其基本周期增大;以曲线桥割线方向和垂直割线方向作为双薄壁高墩曲线连续刚构桥的纵向、横向地震动的主要激励方向,其它地震动输入方向可作为曲线连续刚构桥地震响应分析的补充.     

寒区环境温度对板式橡胶支座连续梁桥地震易损性影响研究

针对现行规范对寒区桥梁减隔震设计中仅考虑橡胶支座力学特性受环境温度作用影响,而忽略桥墩混凝土材料特性受温度影响的不足,以高寒地区一座两联3×30 m混凝土连续梁桥为背景,开展不同环境温度下桥墩混凝土材料抗压性能试验,确定温度对其力学参数的影响,基于试验结果对不同环境温度下的桥墩混凝土力学参数进行修正,从而建立不同环境温度下的全桥精细化非线性有限元模型,并基于增量动力分析(IDA)法探究不同环境温度下该桥的地震易损性。结果表明:极端温度引起桥墩混凝土材料参数和支座刚度的改变,使得该桥自振频率随着温度的升高而降低;地震作用下,极端低温时桥墩墩顶位移较常温增大了26.8%,而极端高温时支座位移增大了19.4%;根据现行规范计算的极端低温时支座和桥梁系统的损伤概率偏小,极端高温时结构和构件的损伤概率偏大,在设计中应予以重视;极端低温下桥墩、支座及桥梁系统的损伤概率,较常温分别增大45.0%、35.2%和27.5%,对于高寒地区该类桥梁设计时需考虑低温对其抗震性能的影响。     

高墩大跨度刚构桥抗震加固有限元分析

大跨刚构桥结构桥跨较长和受力复杂。为提高抗震性能,需要对加固前后的桥梁进行抗震性能研究。以某双肢薄壁型高墩大跨度刚构桥为背景,采用ANSYS程序APDL语言,对结构进行合理的参数选取、网格划分和边界约束,结合抗震等级和桥梁规范等有关规定,研究整体结构在地震作用下的变化规律。通过沿墩高方向获取节点的方法,确定在地震作用下,各节点的最大位移从下到上逐渐增大。选取桥墩双肢相同部位各节点进行横向比较,总结得出双肢薄壁桥墩具有平分荷载和延长寿命的特点。为提高桥梁整体抗震性能,采取联结桥墩增大截面的方式进行加固,对比加固前后两模型在同一地震作用下的结构响应,得出该方法在提高结构整体刚度方面,效果显著。     

罕遇地震下空心薄壁高墩大跨T形刚构桥弹塑性地震反应分析

利用大型结构分析软件建立了空心薄壁高墩大跨T形刚构桥的空间抗震有限元模型,运用非线性动态时程反应方法进行了高烈度地震区罕遇地震作用下的弹塑性地震反应计算,并与线性时程法和反应谱法的计算结果进行了对比.同时对该结构的延性抗震性能进行了分析评价.结果表明空心薄壁高墩T形刚构铁路桥在罕遇地震下处于较弱的非线性受力状态,其受到的损伤仍然很小,具有较好的抗震能力,结构考虑非线性塑性反应后的地震力与弹性相比明显减小.     

高架连续梁桥动力计算研究

箱形截面是大跨度连续梁桥优先采用的截面形式,选择合适的箱梁动力分析模型是正确进行高架连续梁桥动力计算的基础。根据桥梁工程中常用的梯形截面箱梁桥的结构特点,应用薄壁梁段有限元方法,考虑箱梁横向弯扭耦合、扭转变形、畸变、桥墩变形和盆式橡胶支座等对箱梁桥动力性能垢影响,提出了高架连续梯形截面箱梁桥的动力计算模型,对某大型高架连续箱梁桥的振动特性进行了计算,所得结果对了解该桥的动态特性、建立桥梁的健康档案具有重要作用。     

Seismic response analysis of road vehicle-bridge system for continuous rigid frame bridges with high piers

The objective of this study is to investigate the effects of earthquakes on road vehicle-bridge coupling vibration systems. A two-axle highway freight vehicle is treated as a 13 degree-of-freedom system composed of several rigid bodies, which are connected by a series of springs and dampers. The framework of the earthquake-vehicle-bridge dynamic analysis system is then established using an earthquake as the external excitation. The equivalent lateral contact force serves as the judgment criteria for sideslip accidents according to reliability theory. The entire process of the vehicle crossing the bridge is considered for a very high pier continuous rigid frame bridge. The response characteristics of the vehicle and the bridge are discussed in terms of various parameters such as earthquake ground motion, PGA value of the earthquake, incident angle, pier height, vehicle speed and mass. It is found that seismic excitation is the most influential factor in the responses of the vehicle-bridge system and that the safety of vehicles crossing the bridge is seriously impacted by the dual excitations of earthquake and bridge vibration.     

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。     

钢管混凝土桥墩抗震性能试验研究

为研究钢管混凝土桥墩的抗震性能,对钢管混凝土桥墩和钢筋混凝土桥墩进行了拟静力对比试验研究。根据试件的破坏发展过程以及各试件的滞回曲线和骨架曲线,分析了其滞回性能、耗能能力、延性、强度退化及刚度退化等抗震性能。试验结果表明,钢管混凝土桥墩的抗震性能明显好于钢筋混凝土桥墩。在含钢率和轴力相同的情况下,钢管混凝土桥墩的滞回曲线比钢筋混凝土桥墩丰满得多,前者的耗能能力约为后者的4.46倍,钢管混凝土桥墩的延性大于钢筋混凝土桥墩;随着轴压比的增大,钢管混凝土桥墩延性有所下降,强度退化加快,但对其刚度退化的影响不大。     

结构参数对高低墩刚构连续梁桥体系地震响应的影响

地震作用下,相邻主梁间的碰撞会改变桥台-引桥-刚构连续梁桥结构体系的动力响应。为了探究主桥结构形式、墩高、引桥跨数和伸缩缝间距等结构参数对伸缩缝处碰撞效应和桥梁结构地震响应的影响,以某实际桥梁为背景,考虑碰撞能量耗散、桩土相互作用、桥台与台后填土相互作用以及支座和桥墩的非线性行为,采用CSIBridge建立桥台-引桥-刚构连续梁桥结构体系的有限元模型进行碰撞弹塑性动力分析。研究结果表明：不同主桥结构形式的主桥墩受力区别较大,相邻主桥墩高差较大时,选择连续梁桥结构体系更加合理。墩高增加使主引桥间动力差异增大,碰撞效应更加显著,仅对刚构墩受力影响较大。引桥跨数增多和伸缩缝间距增大分别使伸缩缝处碰撞效应增大和减小,碰撞抑制作用的增强和减弱也使得刚构墩内力和变形分别减小和增大,但对于其他桥墩基本无影响。     

弹塑性连接梁在双薄壁高墩连续刚构桥中的应用

针对罕遇地震中弹塑性杆件塑性变形而耗能的现象,探讨了在双薄壁高墩连续刚构桥中设置弹塑性连接梁的减震方案。分别计算了是否设置弹塑性连接梁的两个桥式,比较了在大震作用下墩柱的弯矩、剪力、位移变化情况。结果显示若设置连接梁,墩柱弯矩幅值在强震中下降幅度较大,剪力有所增加而位移幅值变化不明显。     

3-D Simulation Study on Seismic Response of Bridge Piles in Landslide

The anti-slide support structure is widely used in the anti-seismic reinforcement of bridge foundations, but related experimental research was processing slowly. Based on the prototype of the Jiuzhaigou bridge at the Chengdu-Lanzhou Railway, a 3-D simulation model was established on the basis of the shaking table model test, and the rationality of the dynamic analysis model was verified by indicators such as the bending moment of the bridge piles, peak soil pressure, and PGA amplification factors. The results show that the inertia force of the bridge pier has an important influence on the deformation of the pile foundation. The bending moment and shearing force are larger in lateral bridge piles, and the maximum value is near the pile top. The PGA amplification factor is stronger in the back of the rear anti-slide piles and so is it in front of the bridge pier, and the soil is prone to slip and damage. The bedrock is rigid and the dynamic response is maintained at a low level. The anti-slide piles in the rear row play a major role in the anti-seismic reinforcement design, and the anti-slide piles in the front row can be used as an auxiliary support structure.     

钢—混凝土组合连续刚构桥墩梁连接节点抗震性能比较研究

钢-混凝土组合连续刚构桥的关键在于墩梁连接节点,设计了双层钢箱混凝土、钢筋混凝土和钢管混凝土等3种不同类型墩柱的连接节点构造形式。基于OpenSees平台建立了墩柱截面纤维有限元模型,并利用双层钢箱混凝土墩柱拟静力试验结果验证了数值模型的有效性,进而基于纤维有限元模型对3种不同类型墩柱节点进行了非线性滞回性能计算分析。结果表明:纤维模型能够模拟拟静力作用下组合连续刚构桥墩梁连接的滞回性能,双层钢箱混凝土墩柱与钢箱-混凝土组合梁连接节点的整体抗震性能要优于钢筋混凝土墩柱和实心钢管混凝土墩柱与钢箱-混凝土组合梁的连接节点,建议的刚性节点构造合理和传力路径明确,可为钢-混凝土组合连续刚构桥设计提供参考。