地震动相干效应对高墩大跨铁路桥梁的动力响应影响

地震动相干效应会导致桥梁结构的动力响应有别于一致激励。为了研究相干效应对高墩大跨桥梁这种重要构筑物动力响应的影响,以西部某高墩大跨连续刚构铁路桥实际工程为研究对象,利用相位差谱人工地震波合成技术,建立了考虑相干效应的高墩大跨桥梁数值分析模型。对比分析了纵向和横向地震激励下,部分相干效应对结构动力响应的影响,并与一致激励的情况进行了对比,研究了不同工况下主梁和桥墩内力响应的变化规律。结果表明:纵向激励下,部分相干效应对连续刚构桥高墩影响明显,其弯矩、剪力和相对位移均为最大值,墩高对其非常敏感,且会增大该桥伸缩缝位移响应;横向激励下,部分相干效应对连续梁桥体系的桥墩剪力、弯矩和位移响应有明显放大作用。     

桩-土-结构相互作用与自锚式悬索桥桥塔顺桥向破坏相关性研究

悬索桥主塔作为核心支撑构件,在地震作用下特别是罕遇地震作用下其结构破坏模式就显得尤其重要,也是保证生命线工程结构震后安全的基础,而目前对大跨度悬索桥破坏模式的研究还很不完善。本文借助Open Sees有限元分析程序,以哈尔滨阳明滩大跨度悬索桥的设计方案为背景,以悬索桥的钢筋混凝土桥塔为研究重点,分析三维罕遇地震作用时,桩-土-结构的动力相互作用对大跨度悬索桥桥塔顺桥向破坏模式的影响。文中以在三维地震作用下塔底截面曲率达到等效屈服曲率,从而桥塔产生具有同时性特征的双塑性铰为破坏基准。分析发现在顺桥向罕遇地震作用下,悬索桥塔结构往往在桩基产生塑性屈服后塔底截面再出现塑性;同时发现考虑桩-土-结构相互作用可以延缓塔底截面进入塑性的时间,但会加大塔底截面的地震反应。     

地震作用下大跨度悬索桥几何非线性影响分析

大跨度悬索桥几何非线性主要来自3个方面：缆索垂度效应、梁柱效应、大位移引起的几何形状变化。鉴于地震波高频成分振幅大,低频成分振幅小的特点,很难对地震作用下大跨度悬索桥几何非线性的影响做出定性判断。目前大跨度桥梁的几何非线性研究主要集中在斜拉桥,且不同的学者得出了不同的结论。本文以逐级加大振幅的Ⅳ类场地多条地震波为激励,通过对称与非对称的2座典型大跨度悬索桥的几何非线性影响对比分析,探讨了几何非线性对大跨度悬索桥重要地震响应量的影响程度及其原因,并提出了相应的抗震设计参考建议。     

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。     

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。     

大跨度连续刚架-拱组合结构桥梁的纵向地震响应研究

以广州新光大桥为例，建立了空间杆系模型，利用动态时程分析方法，详细分析了大跨度连续刚架-拱组合结构桥梁在纵桥向地震一致激励和行波效应作用下的地震响应。研究表明除边墩外，行波效应对拱肋上、下弦杆以及V型刚架斜腿地震内力响应均有较大影响；随着剪切波速的增加主拱顶相对拱脚的最大纵向位移呈递减趋势，而边拱顶相对拱脚的最大纵向位移基本不受剪切波速的影响。     

四渡河大跨悬索桥空间地震响应分析

非一致激励输入对大跨结构响应有着较大影响。本文以四渡河悬索桥为背景,首先根据该桥动力特性对规范反应谱进行调整,基于修正反应谱并考虑相位非平稳性合成地震动位移;然后编制了调索程序来确定有限元模型的初始平衡构型;采用时程法,分别分析了在纵桥向、横桥向以及竖向的非一致激励(行波输入、多点输入)下的悬索桥地震响应。计算结果表明,纵向非一致激励输入增大了悬索桥的地震响应,横向、竖向非一致激励输入的影响有增有减。     

基于二维相干性自锚式悬索桥的地震响应研究

一般在非一致地震激励的模拟中采用一维相干模型,即模型中只含有沿地震波传播方向的变量,但垂直于地震波传播方向两点距离较远(如横桥向)时,会存在相干性.本文基于二维相干模型,应用三角级数法,考虑频率对视波速的影响、地震波传播滞后对非平稳调制函数的影响,生成某自锚式悬索桥桥址处各支点的人工地震波.利用该地震波研究不同激励方式对自锚式悬索桥结构的地震响应,并与基于一维相干的地震响应结果进行了对比,从中得到一些有意义的结论.     

大跨度多塔斜拉桥随机地震响应分析

以嘉绍跨江大桥为工程背景,采用ANSYS有限元软件建模对随机地震动作用下大跨度多塔斜拉桥的结构动力响应进行了数值分析。结果显示,三维一致激励下各跨主梁位移响应规律基本一致,但各塔塔底内力差别较大;各塔塔底内力受该塔塔梁约束条件影响较大;同时各塔间塔梁约束方式对塔底内力存在相互影响。此外分析了行波效应对动力响应的影响,表明不同波速对结构地震响应影响较大,且随视波速变化结构响应存在一定的规律性。     

随机地震动场多点激励下宽幅大跨桥梁结构地震响应研究

为了研究随机地震动场多点激励作用下宽幅大跨桥梁结构的地震响应,基于二维相干模型,考虑地震波非平稳性合成桥址各支承点的人工地震加速度时程波,采用多项式拟合法在时域内对各支承点处的人工合成加速度波进行校正,并对校正前后加速度波的响应谱进行比较校验;随后以某大跨自锚式悬索桥为例,利有限元软件中线性时程分析模块,将所合成的加速度地震波施加于结构,对比研究一致激励与随机地震动多点激励下宽幅大跨桥梁结构的地震响应。分析表明,考虑二维相干和地震波非平稳性合成的各支承点地震加速度时程波可采用多项式拟合法进行基线漂移现象的校正,同时应对修正前后加速度波的反应谱进行比较校验;对于大跨且横桥向支承点相距较远的桥梁结构应考虑横桥向地震波的非一致性。     

SV波入射下地形条件对大跨刚构桥地震响应的影响

计算了SV波在3种角度入射下两座山峰及其间自由场地的时程响应, 并以此作为两座山峰之间大跨桥的桥台及桥墩基础处的多点地震输入.这种地震输入考虑了行波传播效应和地形效应的综合影响. 然后基于多点激励下桥梁地震响应分析方法, 计算了地形条件下总长440 m的高墩连续刚构桥的墩顶位移及墩底内力, 并与忽略地形条件仅考虑行波效应时结构的响应进行了对比分析. 该结果可为建于复杂地形条件下结构的抗震设计提供参考.      

多点激励下大跨度连续钢桁架柔性拱桥空间地震响应分析

基于多自由度空间结构体系地震响应分析的基本理论,利用ANSYS建立空间有限元模型,采用动力时程分析法分析某大跨度连续钢桁架柔性拱桥在一致和非一致激励作用不同地震工况下的空间地震响应。研究结果表明:非一致激励作用下,拱肋轴力、主桁弯矩峰值出现在拱脚和边墩附近;地震波组合输入较其单向输入拱脚轴力和面内弯矩最大分别可达1.28和8.32倍;非一致输入较一致激励作用拱脚轴力和面内弯矩分别可达2.5和8.4倍;地震波横向输入较纵向输入横向位移峰值比可达2.4倍,纵向输入较横向输入纵向位移峰值比可达2.6倍;结构的支座形式对结构构件地震响应结果也有一定影响;建议大跨度钢桁拱桥抗震设计应充分考虑地震波的空间和时间效应。     

多维多点激励下考虑支座摩擦滑移及结构碰撞的非规则桥梁抗震性能研究

以一座典型山区非规则梁桥为研究对象,建立了该桥梁多维多点激励下的多自由度动力计算模型,研究了该桥梁在多维多点激励下考虑支座摩擦滑移及结构碰撞等非线性因素时的抗震性能。研究结果表明:相比一维地震输入,多维地震可使结构的动力响应增加,桥墩底部弯矩需求增大;相比一致激励,多点激励可使得支座的位移需求增大,且地震波最后到达的桥墩上方支座位移最大;同时考虑多点激励和碰撞效应可使桥墩的弯矩需求增加;水平地震作用下,矮墩上部的支座容易滑动,且双向地震较单向地震更明显,三向地震输入较双向有所增强。因此,对山区非规则梁桥进行抗震设计时应有针对性地进行多维多点地震输入计算,找出结构的最大地震需求,以期指导设计。     

地震动差动下高压输电塔-线体系的纵向反应

考虑地震波以有限波速传播时所引起的地震行波效应,基于建立的高压输电塔-线体系空间有限元模型,利用在多点输入下考虑几何非线性的动力时程分析法,研究了体系纵向地震作用下的反应特性,并和一致地震动输入下的反应情况进行比较。结果表明:行波输入既可以增加又可以降低输电塔的地震反应,这与行波波速、地震动性质、输电塔档距以及输电塔-线体系中导(地)线的松紧程度有关;行波输入使导(地)线跨中竖向位移增加十分明显,但使导(地)线跨中纵向位移减小,同时行波输入使导(地)线的轴力增加十分明显。由此得出结论:高压输电塔-线体系地震反应受行波波速影响很大,考虑地震行波效应的影响是十分必要的。     

一致激励与多点激励对悬索桥地震响应影响分析

利用大型通用有限元软件ANSYS的APDL参数化语言,建立某悬索桥结构三维有限元模型,通过加速度时程积分曲线,获得相应的位移时程曲线,在桥台及桥墩处施加位移时程荷载,分析桥梁结构多点激励地震响应,并分析一致激励与多点激励下桥梁关键位置位移、内力差异,研究不同激励方式的影响。     

多点激励下自锚式斜拉-悬吊协作体系桥地震反应分析

考虑地震动的空间变化效应,对自锚式斜拉-悬吊协作体系桥进行了随机地震反应分析。研究了P波、SH波和SV波作用下该协作体系内力和位移峰值响应的特点,对比分析了均匀一致地面动和多点非一致地面运动对其地震反应的影响,计算中由于虚拟激励法的引入,计算效率获得极大的提高。结果表明行波效应和部分相干效应对该类超大跨径桥梁地震反应有相当大的影响。     

Hanger replacement influence on seismic response of suspension bridges: Implementation to the Bosphorus Bridge subjected to multi-support excitation

The effects of hanger replacement from inclined to vertical configuration on seismic response of long-span suspension bridges are investigated considering multi-support earthquake excitation. The Bosphorus Bridge is investigated due to its recent comprehensive rehabilitation, mainly involving hanger replacement. The finite-fault stochastic simulation method (FINSIM) is utilized for multi-point earthquake time-history generation. The developed finite element (FE) model both for the inclined and vertical hanger arrangement are verified through the structural health monitoring (SHM) data. Based on the comparative analysis, the tension force of vertical hangers is found to be lower than that of inclined hangers, whereas the tension force of the main and back-stay cables remains the same. The compressive axial force of the deck decreases relatively in the case of the vertical hanger arrangement, whereas the cross-sectional forces at the tower base section increase. The approach viaducts are not affected by the vertical hanger arrangement. According to the demand/capacity ratios for damage estimation under the max. earthquake (2475 years return period), structural damage on the tower base section may be expected for both hanger arrangements, while these sections perform well under design scenario earthquake. The expansion joint of the bridge with inclined hangers is also estimated to be damaged; however, this displacement is lower in the case of the vertical hanger arrangement due to the viscous dampers. The findings also reveal that a change in hanger form of a suspension bridge can necessitate other structural retrofit, such as using viscous dampers to limit longitudinal displacements of the deck and retrofitting the bridge towers.     

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.