曲率半径对大温差地区小半径曲线梁桥地震响应影响分析

为研究曲率半径和近断层脉冲效应对大温差地区小半径曲线梁桥在地震作用下的动力响应和碰撞效应的影响规律,以某大温差地区曲线梁桥为研究对象,建立不同曲率半径的全桥非线性有限元模型,考虑温度变化对支座性能和伸缩缝间距的影响,开展桥梁地震响应分析.结果表明:随着主梁曲率半径增大,墩底内力响应逐渐增加,邻梁间碰撞效应逐渐增强;温度...     

曲率半径对城市曲线桥梁地震反应的影响

以某城市立交工程匝道桥为工程背景,采用MIDAS软件建立了全桥的有限元分析模型.采用反应谱方法研究了不同的曲率半径及地震激励方向对曲线桥梁地震反应的影响.结果表明:曲率半径对曲线桥梁前3阶自振频率影响比较明显;不同曲率半径及地震激励方向对曲线桥梁各墩地震反应的影响较大;应用0.～ 180.旋转激励法输入反应谱可以获得各个桥墩的最不利地震反应,且与《公路桥梁抗震设计细则》中规定的输入方法所得结果基本一致.     

立交桥曲线箱梁动力分析模型

提出了1种双脊骨空间有限元模型,用来模拟和分析立交桥曲线箱梁的固有振动特性和动力反应。将曲线箱梁分别看作是由空间梁或壳组成的空间结构,并分别采用分段空间直梁模型、壳元模型和实体元模型进行模拟,分析相同曲线箱梁的振动特性和地震时程反应,通过与双脊骨模型的计算结果的比较验证双脊骨模型的可靠性。初步研究了在相同曲率半径下不同跨度的曲线箱梁的固有振动特性,分析了双脊骨模型的脊骨间距、横向连接间距等参数对模型计算结果的影响。研究结果可为曲线梁桥抗震性能和地震反应分析提供参考。     

地震作用下曲线梁桥结构响应及敏感性分析

为研究不同设计参数对曲线梁桥地震响应的影响以指导结构抗震设计,对不同支承约束曲线梁桥地震响应及地震需求敏感性进行分析。采用增量动力分析（IDA）方法对比分析了不同支承约束曲线梁桥的结构地震响应变化趋势;采用Tornado图形法对不同结构参数影响程度进行了排序,找出了对结构地震需求影响显著的参数。结果表明:采用板式橡胶支座桥梁因支座易发生滑移而导致上部结构位移较大,但降低了下部结构响应,设置固定墩后,下部结构损伤显著增加;对于采用板式橡胶支座和铅芯橡胶支座的曲线梁桥,墩高及跨径对墩底曲率需求影响较大,而对于固定墩为墩梁固结形式和采用盆式橡胶支座的曲线梁桥,跨径及跨数对墩底曲率需求影响较大;对于采用不同支承约束的曲线梁桥,墩高和曲率半径对桥台位移需求影响较大,仅次于地震动参数PGA。     

行波效应对连续曲线箱梁桥地震反应的影响

对于目前在城市立交和高架桥建设中应用广泛的多跨连续曲线箱梁桥,不考虑地震动行波效应的影响已经不能满足工程抗震的需要。针对一座七跨连续曲线箱梁桥考虑行波效应时的地震反应,采用大型有限元分析程序ANSYS,选取空间梁单元建立动力计算模型,研究了连续曲线箱梁桥的动力特性;并选取了E1 Centro地震动,考虑三种工况组合进行了多点激励与一致激励下的地震时程反应分析,给出了曲线箱梁和桥墩的内力、位移时程反应。结果表明:桥墩的刚度对连续曲线箱梁桥的动力特性影响较大,低阶频率和振型对桥墩变形的影响明显大于曲线箱梁;连续曲线箱梁桥在多点激励与一致激励下的地震反应差别较大。     

隔震曲线梁桥不同等级地震的振动特性模拟分析

曲线桥梁抗震特性模拟分析对于曲线桥梁隔震、减震有着重要意义。基于隔震曲线桥梁设计过程中的特点,通过非线性水平弹簧单元对铅芯橡胶支座双向非线性的能力进行模拟,根据SAP2000科学选择强震观测地震波,并考量曲线桥梁本身存在的特性对桥梁振动特性产生的影响,针对隔震曲线桥梁在不同等级地震下振动特征进行模拟分析,其中,通过隔震曲线桥梁铅芯橡胶支座模型的构建和梁桥不同等级地震计算模型、输入地震波与传感器量测等步骤得到的模拟结果为:不同地震波与加速度峰值输入过程中,地震动较小下的支座水平刚度比较大,且结构相对稳定;地震幅值增大时,桥梁支座水平刚度减小,且支座的恢复力位移滞回变化曲线面积比较大,能够更多地将地震输入能量消散掉,减小能量不断向曲线桥梁上方传递的速度,可有效减轻地震反应,起到隔震的效果。     

隔震板柱结构-基础-地基相互作用地震反应分析

对广州地区一例地基-基础-隔震板柱结构动力相互作用体系进行了计算分析.通过与常规设计方法及非隔震体系的比较,研究了该体系地震反应的变化规律,并分析了阻尼比、地基土特性、基础刚度、基础型式、基础埋深、土体深度、上部结构刚度和地震波等因素对相互作用体系动力特性及地震反应的影响.     

小半径匝道曲线梁桥地震响应分析

针对小半径匝道曲线梁桥的桥窄、墩矮、弯扭耦合严重、地震危害明显等特点,结合某城市一座3跨连续小半径匝道曲线梁桥的工程实例,比较了单梁模型、梁格模型和实体模型在模拟小半径曲线梁桥时的精度。基于线性时程分析方法,分析了地震波输入方式、墩梁约束形式、宽度和跨径的改变对小半径匝道曲线梁桥地震响应的影响。结果表明:梁格模型较为适合于模拟小半径匝道曲线梁桥;地震波输入方式、约束形式以及宽跨的改变对小半径匝道曲线梁桥的地震响应有较大影响。     

层状横观各向同性场地地震反应分析

沉积风化作用使得天然土体表现出明显的成层特性和横观各向同性(TI)特性,然而目前还很少有针对层状TI场地地震反应分析的研究。本文推导了层状黏弹性TI场地的精确动力刚度矩阵,进而采用刚度矩阵方法求解了层状黏弹性TI场地的地震反应。文中通过与已有文献结果以及与经典EERA程序计算结果的比较验证了方法的正确性,并且分别在频域内和时域内进行了数值计算分析,研究了土体的TI性质对地表地震反应的影响。数值结果表明,TI场地与其等效各向同性场地地震反应有着显著的差异;当q P或q SV波以倾斜角度入射时,土体的TI参数对地表位移幅值放大谱的峰值及峰值频率具有显著影响;TI参数的改变将导致场地动力特性的改变,进而显著影响场地的地表加速度时程和相应的地震反应谱。     

基于序列最优控制算法的隔震曲线梁桥非线性振动控制研究

强震作用下隔震曲线梁桥会产生较大的弹塑性变形,需要采取一定的控制措施以保证其安全性。采用经典的Bouc-Wen模型,建立考虑上部结构偏心的隔震曲线梁桥的非线性动力方程,求解罕遇地震作用下结构的动力响应。针对隔震曲线梁桥罕遇地震作用下产生的较大弹塑性变形,建立隔震曲线梁桥的非线性振动控制方程,将该方程等效线性化后采用序列最优控制算法(SOC)和经典线性最优控制(COC)对桥梁进行振动控制研究。结果表明：在罕遇地震下,隔震曲线梁桥的下部结构与隔震层都已屈服进入塑性阶段,且有少量的残余位移产生;序列最优控制算法和经典线性最优控制都能有效地减小隔震曲线梁桥弹塑性状态下的平动位移与残余位移,并有效抑制曲线桥的扭转效应,其中序列最优控制算法较经典最优控制更能显著削减隔震曲线梁桥的峰值响应。     

多维地震激励下曲线梁桥简化模型及最不利输入方向研究

曲线梁桥只有在某一特定方向输入地震动时,结构某点或某截面的内力(或应力)才能达到最大值,需要沿多个可能方向输入计算才能确定地震动最不利输入方向。根据隔震曲线梁桥受力特点,将桥梁上部结构和桥墩简化均具有两个水平自由度和一个围绕质量中心轴扭转自由度的堆积质量模型,建立双质点六自由度简化分析模型,通过求解曲线梁桥的动力学方程研究结构的动力特性和地震动行为。算例表明,双质点模型计算结果与传统的有限元模型基本一致,且计算方法简单,可以考虑各种敏感因素的影响,借助编程更适合提出规律性的设计方法。进而在双质点模型基础上应用MATLAB编程探讨多维地震作用下曲线梁桥地震波最不利输入方向的问题,针对不同参数的隔震曲线梁桥,改变相关参数后只需运行一次就可以实现最不利输入角度的确定,可为有限元法最不利地震波输入方向的确定提供参考,并大大减少多个方向输入试算的工作量。     

大跨度简支钢桁梁桥车-桥耦合振动影响因素分析

以黄韩侯铁路新黄河特大桥156m简支钢桁梁桥作为工程背景,建立车辆动力模型、桥梁有限元模型并考虑轮轨关系,以蛇形运动和轨道不平顺作为系统的自激激励源,利用大型有限元软件ANSYS以及UM(Universal Mechanism)动力学分析软件联合进行仿真分析。从桥梁结构的桥门架、宽跨比、曲线钢桁梁桥和车辆系统的轨道不平顺以及货车编组角度出发,研究大跨度简支钢桁梁桥车-桥耦合振动的影响因素。经过计算分析得出:钢桁梁桥桥门架对桥梁跨中加速度影响较大;曲线钢桁梁桥随着线路半径的增大,各车辆动力响应参数逐渐变小,轮轨力受到影响;钢桁梁桥宽跨比的增加使得横向刚度随之增加,桥梁横向振动变小;各项车辆动力响应均随着轨道情况变差而总体呈现逐渐增大趋势,车辆安全性、舒适性和平稳性指标逐渐变差;全列空车编组和空重混编对钢桁梁车-桥耦合系统是不利的编组形式,实际情况中应该避免。     

Statistical determination of significant curved I-girder bridge seismic response parameters

Curved steel bridges are commonly used at interchanges in transportation networks and more of these structures continue to be designed and built in the United States. Though the use of these bridges continues to increase in locations that experience high seismicity, the effects of curvature and other parameters on their seismic behaviors have been neglected in current risk assessment tools. These tools can evaluate the seismic vulnerability of a transportation network using fragility curves. One critical component of fragility curve development for curved steel bridges is the completion of sensitivity analyses that help identify influential parameters related to their seismic response. In this study, an accessible inventory of existing curved steel girder bridges located primarily in the Mid-Atlantic United States (MAUS) was used to establish statistical characteristics used as inputs for a seismic sensitivity study. Critical seismic response quantities were captured using 3D nonlinear finite element models. Influential parameters from these quantities were identified using statistical tools that incorporate experimental Plackett-Burman Design (PBD), which included Pareto optimal plots and prediction profiler techniques. The findings revealed that the potential variation in the influential parameters included number of spans, radius of curvature, maximum span length, girder spacing, and cross-frame spacing. These parameters showed varying levels of influence on the critical bridge response.     

基于高斯曲率模态相关系数的弯梁桥支座损伤研究

对于弯梁桥支座病害中普遍存在的刚度不足,甚至脱空现象,提出利用平面多阶模态及高斯曲率模态相关系数来识别弯梁桥支座的损伤情况。在理论推导的基础上,以某小半径弯梁桥为研究对象,建立了相关分析模型。分析结果表明:无论单支座损伤,还是多支座损伤,相应支座处的高斯曲率模态相关系数与其它支座位置处的差异明显,可实现支座损伤的准确定位;且支座损伤越严重,相关系数下降越多;支点预偏心和抗扭支承等因素对损伤定位没有影响,相邻控制点处相关系数有所降低,但不会影响支座损伤识别的有效性。     

曲线桥地震响应分析

曲线桥是现代交通中的一种重要桥型。与直线桥相比,曲线桥的自由振动与地震响应有着其自身的特点。文中运用有限元法,对曲线桥与直线桥的自振特性与地震响应作了对比分析。分析结果表明,曲线桥的以扭转为主的自振频率比直线桥高。在地震作用下,曲线桥上部结构的内力与直线桥相差不大;曲线桥竖向支座反力比直线桥小;曲线桥水平支座剪力比直线桥大。因此,在对曲线桥进行抗震设计时,上部结构可按直线桥进行设计,但应该准确计算其水平支座反力,并采取适当的支座抗剪措施。     

基于损伤分析的旧曲线梁桥抗震性能评估

曲线桥梁在役期间可能面临地震灾害,导致结构损坏甚至坍塌,为了评估在役桥梁的抗震性能,提出基于损伤分析的曲线梁桥抗震性能评估方法。建立旧曲线梁桥有限元模型,基于损伤分析的原理,提出适合曲线梁桥地震响应特性的构件损伤模型,在全桥有限元模型中输入不同类型地震动,计算各构件的损伤指数,并结合旧桥检算系数,由各构件损伤指数综合得到桥梁的整体损伤指数。结果表明:不同地震动下主梁会发生碰撞破坏,桥梁两端的支座容易发生移位,桥墩沿横桥向或顺桥向均会产生位移;不同地震动对主梁、支座、桥墩等构件造成的损害程度有较大差异,各构件的地震响应会影响桥梁整体结构的抗震性能,其中桥墩对桥梁整体抗震性能的影响最大,桥墩位移超过极限值可能导致倒塌;主梁反复碰撞会加剧桥梁的破坏程度,桥梁两端支座在地震作用下更容易发生损坏。     

基于响应面的预应力混凝土桥动力有限元模型研究

建立了基于正交实验的响应面模型和精细有限元模型,并将其用于中华大桥的有限元模型修正,通过实测动力数据对修正后的有限元模型计算结果进行了验证。基于修正后的有限元模型,分析了预应力对预应力钢筋混凝土桥梁模态信息（频率和振型）的影响,以及单元类型对桥梁模态频率的影响。结果表明,修正后的有限元模型能够比较准确地反映桥梁实际结构的动力特性,基于响应面模型和遗传算法的修正方法可有效地用于大桥的健康监测和状态评估;预应力对预应力钢筋混凝土桥梁模态信息的影响较小,建模时可不予精确考虑;对于由多根预应力混凝土梁组成的桥梁体系,采用实体单元分析较好。     

Seismic analysis of a curved bridge considering deck‐abutment pounding interaction: an analytical investigation on the post‐impact response

Horizontal curved bridges are very common at intersections and at the changing angle of bridge alignment. Almost in every previous earthquake report, it can be seen that the columns of a curved segment experience torsional damage, and the curved decks are unseated from the abutment support. The main reason behind that phenomenon is the in‐plane deck rotation which results because of the complex dynamic coupling between two longitudinal directional vibrations. The curved decks are susceptible to deck rotation because in a curved segment, the centre of mass and the centre of stiffness generally lie outside the bridge deck and are not located at the same point. The pounding with the abutment often increases the rotational tendency of the deck. In this paper, a classical mechanics‐based approach is adopted to analytically estimate the deck rotation potential of curved bridge considering the deck‐abutment pounding interaction. The deck‐abutment pounding is modelled using non‐smooth techniques considering the Newton's impact law in the normal and Coulomb's friction in the tangential direction. Within the scope of this paper, a parametric study is performed to get the ideal combination of the column and bent arrangement and the gap distance. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.