大跨度钢管混凝土拱桥非线性抗震性能研究

基于OpenSees平台建立钢管混凝土拱桥动力分析模型,并与Midas Civil模型结果进行比对。通过一条强震记录下的IDA分析,得到钢管混凝土拱桥拱肋横桥向非线性地震性能,比较拱肋采用弹性梁单元和纤维梁单元两种模型的拱脚弯矩时程曲线和拱顶位移时程曲线,分析拱肋关键截面屈服机理,绘制它们的曲率IDA曲线和拱顶位移IDA曲线。研究结果表明:横桥向在强震作用下拱脚和拱顶不一定先屈服,而是在拱肋截面突变或有集中质量连接处,在设计时需重点考虑;随着地震动增大,先是与横撑连接处拱肋首先屈服,然后是拱脚和拱顶位置,最后向整个拱肋扩展,拱肋非线性性能良好,仍有一定的抗震储备能力。     

大跨度钢管混凝土桁式拱桥结构非线性分析

同时考虑了几何非线性和材料非线性等因素对大跨度钢管混凝土桁式拱桥进行结构非线性分析，结果表明对这种大跨(跨径大于300m)、宽跨比小(接近1／20)的钢管混凝土桁式拱桥，几何非线性和材料非线性的影响均较大，在设计和施工时不应忽略。     

系杆对钢管混凝土拱桥抗震性能的影响

利用Wislon-θ法推导了大跨度钢管混凝土拱桥非线性地震响应时程分析的理论公式,并编制了相应的有限元程序。然后以在建的南县茅草街大桥为例,利用该有限元程序对其进行了非线性地震响应分析。最后分析了系杆抗弯刚度以及系杆张拉力对钢管混凝土拱桥抗震性能的影响。     

钢筋混凝土框架结构非线性全过程分析的一种新方法

在极限承载力附近的计算发散问题一直是困扰混凝土结构非线性全过程分析的关键问题,现有的迭代方法中只有弧长法被认为是最为有效的迭代方法,但由于混凝土结构具有高度的材料非线性,弧长法的稳定性难以保证。为此本文提出了一种新的方法———虚拟单元法,该方法在原结构上添加虚拟单元,虚拟单元的刚度系数在每个加载步中均保持为常数,该法在保证结构比例加载的前提下,可以有效改善结构刚度矩阵的性能,为得到结构非线性全过程分析曲线,特别是下降段部分提供了可能。本文采用虚拟单元法,通过自编的程序进行了实例分析,计算中,选取一榀混凝土框架进行模拟计算,杆件采用纤维模型,分析结果与ANSYS计算结果进行了对比,表明了该法的有效性,并对建立在纤维模型基础上的结构极限荷载进行了一定的探讨。     

基于Prager硬化的钢管混凝土非线性梁单元

根据三类钢管混凝土构件的荷载位移曲线论述了Prager硬化规则应用于钢管混凝土材料非线性分析的合理性,由随动硬化材料屈服面方程的全微分出发,采用塑性势理论推导了钢管混凝土梁单元的非线性刚度矩阵。建立了钢管混凝土梁单元的初始屈服面方程,由Prager硬化规则建立了后继屈服面方程,并推导了屈服面移动量的计算公式。根据钢管混凝土的特点,探讨了确定硬化参数的方法。算例的结果有良好的精度。     

柔度法纤维模型在方钢管混凝土柱滞回仿真中的应用

本文编制了基于二阶柔度法纤维模型梁柱单元的矩形钢管混凝土框架结构非线性分析程序,采用虚拟阶步法和改进的滞回路径追踪方法消除了其中截面切线刚度矩阵奇异时无法求逆的隐患,提高了算法的稳定性.运用此程序对矩形钢管混凝土柱进行滞回仿真,并与试验结果对比,结果表明:柔度法纤维模型梁柱单元可以有效解决框架结构的几何非线性问题和压弯耦合的材料非线性问题,使用较少的单元数量就可以得到较准确的计算结果;本文所采用的改进措施切实有效,保证了程序的稳定性.     

钢管拱桥在大地震作用下的非线性反应分析

钢管拱肋填充混凝土后，质量体系相对刚度体系的作用将大幅增加，特别是在大地震作用下的横向反应显著增大。拱肋内部不填充混凝土，能够减小横向地震作用，同时可以减轻下部结构的负担。因此，本文提出了圆形钢管拱肋的材料非线性性能的评价方法，并以上承式钢管拱桥为例，探讨了钢管拱桥在大地震作用下的非线性反应性能。     

基于OpenSees平台的钢管混凝土结构力学性能数值模拟

基于非线性纤维梁-柱单元理论,以OpenSees为求解平台分别进行了钢管混凝土结构滞回曲线计算和弹塑性动力时程分析等数值模拟,计算结果与试验吻合良好。钢管内核心混凝土采用考虑钢管约束效应的应力—应变关系,钢材采用随动强化本构模型。在传统纤维模型法的基础上,通过直接在截面层次定义非线性剪切恢复力的方法建立了考虑非线性剪切效应的剪力墙结构数值模型,结果表明该模型能较好地模拟组合剪力墙的抗剪承载力、捏缩效应以及刚度退化等力学性能。对输入不同地震波下钢管混凝土框架体系的动力时程分析表明,基于OpenSees求解平台的非线性纤维模型法能够较好地模拟钢管混凝土框架结构的非线性动力特性。     

一种钢筋混凝土非线性宏观单元--筒体墙单元

高层结构一般都要设置复杂的钢筋混凝土抗震墙,如何模拟这些复杂墙体的力学性能就成为高层结构弹塑性分析的关键.本文在梁柱单元、单片墙单元的基础上提出了一种简体墙单元,并将此单元应用于高层混凝土结构推覆分析中.单元考虑了材料非线性,并采用较为精确的方法考虑了结构的二阶效应.理论与试验结果对比分析表明,简体墙单元具有精度高、计算稳定和自由度少等特点,为复杂体型高层结构的弹塑性分析提供了有力保证.     

近断层地震下大跨钢管混凝土拱桥损伤模式研究

为了研究并揭示近断层地震下大跨钢管混凝土拱桥的损伤模式,以某三跨飞燕式钢管混凝土拱桥为研究背景,建立了考虑自平衡荷载、桩-土作用等效应的三维分析模型,依据近断层地震脉冲波的分类方法选取了9组近断层强震记录进行非线性时程分析,并基于关键构件的首次损伤时间,利用关键构件截面的PMM屈服面、PM曲线和截面应力评估方法,研究了桥例的地震损伤模式。结果表明:近断层地震的速度脉冲也是引起结构发生破坏的重要原因之一;钢筋混凝土边拱及钢管混凝土主拱均以面内弯曲损伤为主,K形风撑的斜撑是抗震薄弱部位,存在受压和受拉两种损伤模式;大跨钢管混凝土拱桥最易受损的部位是边拱拱脚,其次是边拱四分之一跨径处截面和K形风撑的斜撑,然后是主拱拱脚和主拱截面突变处,系杆和吊杆一般不会出现损伤状况,且有一定的强度储备。     

大跨径钢管混凝土拱桥减震控制装置参数的研究

大跨度桥梁结构的减震控制研究对于桥梁结构的抗震安全具有重要意义。本文以主跨368m的茅草街大桥为研究对象,基于ANSYS建立了该桥的三维有限元模型,并采用子空间迭代法分析了该桥的动力特性。在此基础上进行了大跨度钢管混凝土拱桥的地震响应及减震控制研究,重点进行了弹性连接装置和粘滞阻尼器减震效果的参数敏感性分析,并对比分析了不同位置布设减震装置时的效果。结果表明,纵飘振型对该桥肋纵向相对位移的贡献最大;弹性连接装置和阻尼器均能有效减小地震作用下该桥的肋梁纵向相对位移;综合考虑各关键部位的地震响应时,同时采用两类减震装置并将其分散布置时的减震效果最佳。结论可供大跨度中承式钢管混凝土系杆拱桥的抗震设计参考。     

5跨连续中承式钢管混凝土拱桥抗震性能分析

钢管混凝土拱桥由于桥型优美在城市桥梁中得到广泛应用,对某正在设计的5跨连续巾承式钢管混凝土拱桥进行了动力特性和抗震性能分析,根据该桥的结构特点,建立了’该桥的空间有限元分析模型,计算桥梁的自振特性,基于反应谱方法计算了该桥在横向、纵向水平地震反应,计算结果表明：该桥拱肋的面外刚度相对较小,在桥梁振动中首先出现拱肋的面外振动;桥梁的竖向振动表现为拱肋与桥面的整体竖向振动,其基频明显比拱肋面外振动大;主拱肋的轴力由横桥向地震动控制,其他内力由纵桥向地震动控制;地震作用对弯矩的影响较大,故主拱的内力计算应考虑地震力的影响;在设计计算中除常规关键点应作为控制点外,内外拱连接处也应作为控制点。计算结果已为该桥的抗震设计提供了参考。     

考虑河谷场地效应的大跨CFST拱桥地震响应分析

本文对某特大跨上承式铁路钢管混凝土拱桥建立“V”型河谷场地有限元动力计算模型,结合时空解耦的时域动力有限元方法,研究“V”型河谷场地效应对其地震响应的影响,并考虑地震入射角、行波速度及地震动峰值等因素对场地效应的影响。结果表明:海拔高且坡度均匀的地形使地震波在反射过程中能量增大,海拔较低且坡度下陡上缓的地形使地震波在反射过程中能量减少,“V”型河谷场地效应使大部分钢管混凝土拱圈截面内力测量值放大作用明显;“V”型河谷场地地形效应与地震波的入射角、行波速度及加速度峰值等因素均有关联,且CFST拱肋面外受弯抗震性能受行波速度的影响较大。因此,钢管混凝土拱桥抗震设计中应注意场地地形效应及行波速度的影响。     

某异型钢管混凝土拱桥地震反应分析

本文以某异型钢管混凝土拱桥为研究对象,通过ANSYS建立了结构的空间有限元模型,计算和分析了该桥的动力特性。同时,通过MATLAB程序生成拟合规范反应谱的人工地震波,并运用时程分析法计算了该桥在一维和多维输入下的地震反应,分析了该桥的地震反应规律,为钢管混凝土拱桥的抗震性能分析提供了一定的依据。     

中、下承式拱桥抗震性能分析

以下承式平行拱桥,下承式提篮拱桥和中、下承式斜靠式拱桥为研究对象,采用有限元程序Midas/civil建立3种桥型的空间有限元计算模型,计算其在El Centro波、Taft波地震波作用下的地震时程响应,对其进行抗震性能分析。计算结果表明:横向地震作用对3种拱桥的地震响应起控制作用;拱脚位置和横撑或横向联系处应作为拱桥抗震设计的控制截面,控制截面最大应力满足桥梁抗震性能要求,但平行式拱桥和斜靠式拱桥安全储备不充足,可采取一定的构造措施来保证其抗震安全性;提篮式拱桥主拱内倾和斜靠式拱桥稳定拱的设置对提高拱桥的横向抗震性能效果较为显著;提篮拱桥抗震性能优于平行式拱桥,斜靠式拱桥在横向地震下的拱顶横向位移最小,其抗震性能较好。     

大跨度悬索拱桥极限承载能力研究

首先介绍了悬索拱桥的特点和极限承载能力计算方法,然后基于有限元理论,考虑施工阶段的位移和应力的叠加效应、几何非线性、材料非线性以及拱肋等构件的初始缺陷的影响,对某铁路悬索拱桥的极限承载力进行了分析,计算得出结构在施工阶段弹性稳定安全系数为5.2~5.8,非弹性稳定安全系数为2.0~2.6;在运营阶段其弹性稳定安全系数为4.9~5.1,非弹性稳定安全系数为1.7~1.9,表明该桥弹性稳定性和非弹性稳定性都是足够的。其计算方法和结果对于悬索拱桥的计算及设计理论有一定的借鉴价值。     

考虑竖向地震作用的拱式廊桥的地震响应分析

本文以某大型商业拱式廊桥工程实例为依托,利用有限元软件分别建立了整桥模型和不考虑上部建筑结构的桥梁模型以及不考虑下部桥梁结构的建筑模型,并计算了各自的自振动力特性,在此基础上通过反应谱方法分析了同时考虑水平地震作用和竖向地震作用的廊桥主拱圈和上部建筑结构柱的地震响应以及不同模型计算结果的差异,以此研究桥梁结构与建筑结构的耦合作用,为廊桥的抗震设计或分析提供一定的参考依据。     

大跨径拱桥被动减震控制的仿真分析

本文采用现代控制理论对设有耗能减震装置的拱桥结构进行被动减震控制仿真分析,给出了大跨度拱桥在多点激励下的运动微分方程,将拱桥简化成平面杆系模型,给出减震结构的状态方程,然后基于SIMULINK环境下对设有粘滞阻尼器的拱桥减震结构进行动态仿真分析,并考虑了行波效应对减震效果的影响。该方法较之传统的分析方法更简便、有效,分析结果表明设置了耗能器的拱桥结构地震反应有明显的降低。