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。     

大跨度钢管混凝土拱桥抗震性能指标研究

高轴压比钢管混凝土墩柱的试验结果对钢管混凝土拱肋具有较大的借鉴意义。为明确大跨度钢管混凝土拱桥的抗震性能指标,研究了高轴比钢管混凝土构件的破坏过程及延性性能。以弯矩作为性能指标将高轴压比钢管混凝土构件的试验破坏过程分为轻微损伤、有限损伤与严重损伤3个阶段,结合钢管混凝土截面性能状态的数值分析,探讨了高轴压比钢管混凝土构件的破坏机理。结果表明:高轴压比钢管混凝土构件具有一定的可用延性;提出了以计算等效屈服弯矩作为抗震性能指标,适当利用延性和实现钢管混凝土拱桥的有限损伤抗震设计,并给出了与有限损伤相关的截面性能状态及参数。研究成果弥补了规范在此方面的不足,可供高烈度地震区大跨度钢管混凝土拱桥抗震设计时参考。     

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。     

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。     

钢管混凝土边框内藏带斜肋钢板中高剪力墙抗震性能试验

提出了钢管混凝土边框内藏斜撑肋钢板组合中高剪力墙.为研究这种组合剪力墙的抗震性能,进行了5个不同构造的中高剪力墙模型低周反复荷载试验.分析了试件的损伤特征、承载力、耗能、滞回特性,提出了正截面抗弯承载力计算模型,计算结果与试验符合较好.研究表明:钢管混凝土边框内藏钢板组合剪力墙具有较高的承载力和良好的耗能性能;钢管混凝土边框内藏带斜撑肋钢板中高剪力墙,适于在墙体厚度小于钢管尺寸或内藏钢板厚度较薄的“强边框、弱墙体”情况下应用,可明显减轻钢管混凝土边框底部的损伤,延缓墙体性能退化,提高组合剪力墙的抗震能力.     

近断层地震动对上承式拱桥动力响应的影响

为了揭示近断层地震作用下上承式钢筋混凝土拱桥的动力响应特点,以西南山区某上承式拱桥为背景,用OpenSEES平台建立了全桥非线性动力分析模型,探讨了近断层地震动的输入方式、脉冲效应和竖向地震动等三个关键因素对桥梁动力响应的影响规律。研究结果表明:地震输入方式对拱圈地震响应的影响较小,但对拱上立柱地震响应的影响很大,尤其是拱顶附近的短立柱,在抗震分析中,建议偏安全地采用三向地震输入方式;脉冲效应对拱桥地震响应的影响非常大,会导致拱圈、拱上立柱和桥面板地震响应大幅增加,桥面板残余平面转角甚至增大6倍以上;竖向地震动对拱圈轴力和面内弯矩、拱上立柱纵向弯矩和剪力的影响很大,拱顶处的面内弯矩放大倍数最大可达2.95,总体来说,采用规范所建议的方法考虑竖向地震是偏保守的。     

既有大跨度混凝土拱桥震害机理分析

以汶川地震中遭到严重破坏的金花大桥作为工程实例,基于现场震害调查资料和数值分析来研究金花大桥地震破坏机理。现场震害调查发现,金花大桥震害主要集中在主拱肋和拱上立柱,表现为混凝土开裂和拱上立柱环向裂缝等。数值分析结果表明,在地震荷载作用下主拱肋的拱脚截面抗弯能力比地震需求小,会出现弯曲破坏,拱顶截面抗震能力满足抗震需求;8#拱上立柱在柱底会发生弯曲开裂。数值分析结果与震害调查具有一致性,可为大跨度拱桥抗震设计提供参考。     

钢管混凝土(单圆管)拱肋刚度对其动力特性的影响

钢管混凝土的截面刚度应用不同的规范计算的结果之间存在着差异。本文以一座实桥为研究对象,讨论了这种差异对钢管混凝土拱桥动力特性的影响。分析表明,不同规范引起的钢管混凝土拱肋刚度的计算值的不同对钢管混凝土拱桥动力特性计算结果的影响较小。对自振频率,抗弯刚度取值的变化有一定的影响,但抗压刚度的影响极小;对自振振型,抗弯与抗压刚度取值的变化均无影响。     

基于桁架-拱模型的T形截面宽肢异形柱受剪承载力试验研究

将桁架-拱模型理论应用于钢筋混凝土异形柱斜截面受剪承载力分析研究,以T形截面混凝土宽肢异形柱为例,提出了T形截面宽肢异形柱的斜截面受剪承载力计算公式。并与试验结果进行对比,研究表明通过桁架-拱模型理论建立混凝土异形柱斜截面受剪承载力计算公式是可行的,文中还与异形柱现行规程提出的受剪承载力计算公式进行了对比研究。该方法可为混凝土宽肢异形柱受剪承载力分析和计算提供参考。     

大跨度拱桥地震动输入模式研究

地震动输入是大跨度桥梁地震反应分析的重要一环。从明确大跨度拱桥的临界跨度入手,探讨了大跨度拱桥地震动输入模式中的行波效应、三向输入及其地震动选取问题。基于某大跨度钢管混凝土拱桥,建立了有限元分析模型,考查了行波效应及三向地震动输入对拱关键截面内力、减隔震支座位移及粘滞阻尼器冲程的影响。结果表明:给出的大跨度拱桥临界跨度确定方法合理,行波效应对拱顶轴力有重要影响,不考虑三向地震动同时作用会明显低估大跨度拱桥的地震反应。确定大跨度拱桥地震动输入模式时需考虑行波效应与三向地震动同时输入。     

强震下拱式体系桥梁震害特征及抗震研究

以汶川地震中拱式体系桥梁震害为主线,总结主拱圈、横向连接系和其它附属构件及减隔震设计拱桥的破坏情况,对国内外拱桥的震害特征及原因进行了剖析。以目前应用数量占优的钢管混凝土肋拱桥为具体背景,对拱式体系桥梁的抗震理论、抗震试验和减隔震设计进行了评述。分析认为拱式体系桥梁竖向和纵桥向抗震存在一定的安全储备,但横桥向存在明显的抗震薄弱环节。针对钢管混凝土肋拱桥横桥向振动及倒塌特点,就目前在拱式体系桥梁中引入防屈曲支撑代替横撑以形成耗能减震结构提出了建议及具体可行设计方式。     

L形截面钢管混凝土异形柱正截面非线性分析

以钢筋混凝土梁设计原理作为依据,给出了L形截面钢管混凝土异形柱正截面的非线性分析方法。根据基本假定建立了L形截面钢管混凝土异形柱截面弯矩-曲率关系计算公式,并利用MATLAB语言编制了求解程序,根据得到的加载-破坏全过程弯矩-曲率关系分析构件的加载-变形特性。利用程序对不同截面、混凝土标号、钢材强度和钢管面积下的弯矩-曲率曲线进行了对比分析。     

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。     

吊杆损伤对湛河斜靠式拱桥动力特性的影响

根据平顶山市城东河路湛河桥主桥—斜靠式拱桥的结构特点,采用M IDAS/C ivil有限元软件,建立了该桥的空间有限元计算模型,进行了不同吊杆损伤情况下的桥梁动力特性计算,通过对比桥梁在完好状态和不同吊杆损伤情况下的桥梁动力特性,得出结论:吊杆损伤对斜靠式拱桥的低阶自振频率总体影响较小,但对桥梁整体竖向自振频率和扭转自振频率相对影响较大,吊杆损伤导致桥梁竖向和扭转自振频率降低;主拱吊杆损伤比稳定拱吊杆损伤对该桥的自振频率影响大,跨中吊杆损伤比1/4跨处吊杆损伤对该桥自振频率影响大。计算结果对正确认识斜靠式拱桥在不同状态下的结构动力特征,合理评价桥梁运营阶段的健康状况提供了参考和基础性数据。     

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。     

火灾下型钢混凝土异形柱温度场分析

为了分析型钢混凝土异形柱的耐火极限及火灾后的力学性能,为试验研究做好充分的前期准备,本文采用有限元分析软件ANSYS对型钢混凝土异形柱截面温度场进行数值模拟,得出了柱截面在不均匀受火情况下的温度场分布规律。结果表明,在两面受火的情况下,L形柱的凹角处的温升低于其它部位;由于型钢的存在,加快了柱截面内部温度的热传导;距离受火面相同的深度处的混凝土与型钢的温度不同,因此有必要研究损伤差异对承载力和两者粘结滑移造成的影响。     

新西海桥的非线性地震响应分析

本文讨论了日本第一座公路钢管混凝土拱桥——主跨230m的新西海桥的非线性地震响应特性。采用三维有限元计算模型,用纤维单元法考虑钢管混凝土的材料非线性,用P-δ效应考虑几何非线性,讨论了在纵桥向地震作用、横桥向地震作用以及纵、横桥两方向同时作用情况下该桥的非线性地震响应特性和抗震性能。计算表明,在纵桥向地震作用时轴力的作用显著,拱脚附近产生的内力较大;而横桥向地震作用时轴力和面外弯矩作用显著,拱脚以及拱肋与桥面连接附近产生的内力较大;横向地震响应远大于纵向地震响应;应考虑纵、横桥向地震力共同作用的影响。     

中承式钢筋混凝土拱桥自振特性分析

利用有限元通用软件ANSYS,对一中承式钢筋混凝土拱桥进行了结构自振特性的数值模拟分析,求出了自振频率、振型等动力参数,对其模态特征进行了描述,并通过变换拱桥的主要结构参数对比分析了它们对结构自振特性的影响.结果表明:自振频率随矢跨比的减小略有提高;横撑有助于增强拱肋的横向刚度,减小拱肋面外振动,提高抗风稳定性;各振型的自振频率值随拱肋刚度的提高近似成线性增大,可以通过改变拱肋刚度来调整其自振特性.研究结果可以为同类桥梁的抗震设计提供参考.     

钢管混凝土边框内藏钢板-钢撑低矮剪力墙抗剪性能分析

提出了钢管混凝土边框内藏钢板-钢撑组合剪力墙。为研究这种新型组合剪力墙的抗剪性能,在已有相关低矮剪力墙抗震性能试验基础上,进行了2个新的不同构造低矮剪力墙模型低周反复荷载试验。比较分析了两个试件的滞回特性、承载力、刚度、耗能和破坏特征,提出了抗剪承载力计算公式,计算与实测符合较好。研究表明:钢管混凝土边框,对墙体主斜裂缝发展有明显约束作用;不同构造剪力墙,墙体裂缝开展与损伤过程有明显差异;边框、钢板-钢撑和墙体的设计参数应合理匹配,以提高剪力墙的延性和抗震耗能能力。     

近断层地震动作用下隔震结构的优化设计

首先讨论了近断层脉冲型地震动的特点,并以台湾集集地震实际脉冲型近震记录为地震动输入,应用含潜在约束策略的序列二次规划算法,对安装铅芯橡胶隔震支座的钢筋混凝土框架隔震结构的隔震器参数和上部结构构件截面几何尺寸进行一体化优化设计,然后输入E l Centro(1940)、Taft(1952)地震波对优化后的隔震结构进行地震反应分析。计算结果表明,对考虑脉冲型近断层地震动作用的隔震结构进行参数优化设计后,该隔震结构能同时满足脉冲型和普通非脉冲型近震作用的结构设计需求。