行波输入下连续梁桥纵向墩梁相对位移碰撞效应分析

结合多跨连续梁桥的结构特点,提出了一种能模拟联间碰撞行为的连续梁桥碰撞分析模型.用非线性时程方法对行波输入下连续梁桥的地震碰撞反应进行了参数分析.结果表明:相邻联的周期比对短周期联位移的碰撞效应较大,考虑地震行波输入时伸缩缝处的碰撞效应可能会大幅度增大墩梁的相对位移,从而增大了地震作用下发生落梁的风险;墩梁相对位移随滑动支座摩阻系数的增大而减小.最后提出用一个碰撞效应增大系数来考虑连续梁桥相互碰撞对墩梁相对位移的影响,利用碰撞效应增大系数的概念为连续梁桥防止落梁的设计提供了一个新的思路.     

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。     

高烈度区大跨刚构-连续梁桥地震响应分析

为研究大跨刚构-连续梁桥在高烈度地区的地震响应,选取羊记沟左线大桥为工程背景,利用Midas软件建立多个有限元模型,考虑纵、横桥向的水平地震波输入,比较反应谱与时程分析结果,获得结构动力响应特点,为大跨刚构-连续梁桥的抗震设计提供参考依据。结果表明:刚构-连续体系仅单墩刚构时不宜采用反应谱分析,高烈度地区桥梁进行地震响应时程分析时,选用与场地适应的地震波的同时,应考虑采用本地地震参数转化人工波作为地震激励源。桥墩不等高时,可通过改变墩截面形状及其与主梁连接方式调节内力分布,避免矮墩刚度大导致的内力集中。     

地震作用下高墩连续T形梁桥梁端碰撞分析

针对高墩连续梁桥伸缩缝位置处的碰撞现象,建立考虑单边碰撞空间有限元简化分析模型,采用非线性时程分析方法研究了高墩连续梁桥伸缩缝处碰撞发生的规律.总结了梁端碰撞发生时各个桥墩、台位置处梁墩相对位移及墩底内力的变化规律,以及影响梁端碰撞的因素.研究成果对同类型桥梁抗震设计时具有一定的参考价值.     

基于碰撞作用的大跨径斜拉桥地震响应分析

地震作用下,引桥与斜拉桥一旦发生碰撞,会增大斜拉桥的损伤风险。为了研究结构碰撞效应下大跨径斜拉桥主桥和引桥的地震响应问题,以1座典型半漂浮大跨径斜拉桥为例,采用Midas Civil大型有限元分析程序建立结构动力计算模型,基于动力时程分析法进行分析。结果表明:考虑单边碰撞时,主引桥基本周期接近时,碰撞力较小,单边碰撞会减小主桥梁端位移,增大引桥梁端和主塔塔顶位移,且单边碰撞效应大于双边碰撞,单边碰撞更大地影响与其相连的引桥。     

相邻梁段周期比对伸缩缝处的碰撞响应分析

针对相邻两联连续梁桥伸缩缝处的碰撞现象,基于其周期不一致而表现出的动力差异性,进行动力时程分析,采用直接积分法研究了地震作用下相邻联的非同向振动和伸缩缝处的碰撞响应。分析结果表明:不同周期比的相邻梁体,在地震动作用下产生的碰撞响应不同,加速度峰值小持续时间长的地震波对伸缩缝处的碰撞响应较小;碰撞对严重不同向振动的相邻两联(T2/T10.5)的地震响应影响很大,随着相邻两联周期比的增大,碰撞对结构地震反应影响逐渐减小。     

无缝桥抗震性能的对比研究

本文以一座三跨总长60 m的整体桥为案例桥,分别试设计了同跨径的半整体桥、延伸桥面板桥和常规连续梁桥。通过Midas/Civil软件建立四种桥型的有限元模型,并对其进行了E1和E2反应谱分析和时程分析,对比了四种桥型的结构反应峰值（墩顶位移、桥墩及桩基剪力与弯矩、台底位移、桥台桩基剪力与弯矩）。计算结果表明:当桥梁存在15°的斜交角,整体桥、半整体桥在地震动沿平行于桥台长边方向及其垂直方向输入时更不利,而延伸桥面板桥和常规连续梁桥在地震动沿顺桥向和横桥向输入时更不利。四种桥型在地震作用下:整体桥抗震性能最优异,但其台底位移、桥台桩基的剪力和弯矩最大;半整体桥台底位移、桥台桩基的剪力和弯矩最小,其墩顶位移、桥墩及桩基的剪力和弯矩仅比整体桥大;延伸桥面板桥和常规连续梁桥的墩-梁相对位移远大于整体桥和半整体桥,不适用于地震基本烈度高的区域。     

基于粘滞阻尼器的高墩大跨铁路连续刚构桥减震研究

以某高墩大跨铁路连续刚构桥为研究对象,建立了全桥空间动力计算模型,研究了在刚构桥两端桥台上设置粘滞阻尼器对刚构桥地震反应的减震效果。从减小刚构墩的地震反应并兼顾桥台自身的抗震能力两个方面考虑,总结了阻尼器的力学参数取值对结构减震效果及桥台地震反应的影响规律,探讨了阻尼器力学参数的合理取值。结果表明:(1)粘滞阻尼器可显著降低高墩大跨连续刚构桥的地震反应,其力学参数取值对刚构墩及桥台的地震反应影响规律明显不同;(2)刚构墩的墩顶、墩底截面地震内力随速度指数ξ值增大而增大,随阻尼系数C值增大而减小。阻尼器输出力随ξ值增大而减小,随C值增大而增大;(3)从桥台的稳定性角度考虑,应尽量降低阻尼器的输出力,阻尼器力学参数应选择较小的C值与较大的ξ值。     

强震作用下桥台对斜交连续梁桥抗震性能的影响研究

为研究强地震作用下,桥台及台后土体对斜交连续梁桥抗震作用的影响。以一座三跨连续斜交箱梁桥为依托,应用sap2000建立不同斜度的模型,针对有、无桥台两种工况,采用非线性时程分析方法,研究了纵向不同地震动强度输入下,桥台及台后土体作用对不同斜度的连续梁桥主梁和桥墩位移的影响规律,并对桥墩的延性性能进行分析。研究结果表明:桥台及台后土体的存在会抑制主梁的纵向位移,大大增加主梁梁端的横向位移,地震动幅值越大,这种作用越明显;桥台及台后土体作用会减小墩顶纵向位移和墩底纵向弯矩,降低桥墩纵向位移延性需求,提高桥墩纵向安全性,斜交角越大,该影响效果越小;桥台作用对桥墩的横向反应几乎无影响。建议在桥梁抗震设计时应考虑桥台以及台后土体的作用,并针对不同斜度的连续梁桥采取相应的抗震措施,以提高其抗震性能。     

地震作用下简支梁桥非线性碰撞分析

采用能量原理建立了能考虑梁薄壁特性的桥梁上部结构梁段单元动力分析模型,利用非线性接触单元Kelvin碰撞模型,考虑非线性支座的滞回特性(采用W en模型),选择适合不同场地条件的地震波,以京港澳高速公路孟姜女河桥(3跨简支梁桥)为例,进行了桥梁结构纵向碰撞非线性地震响应分析。计算结果表明,随着地震波强度的增加,桥梁上部结构碰撞次数明显增加,结构响应峰值均有所增大;跨间碰撞发生对地震响应值影响较大;伸缩缝间距大小及各跨长度比变化对跨间碰撞效应影响很大;结构碰撞响应对输入地震波具有较强的频谱敏感性;桥梁碰撞计算时桥台铅芯橡胶支座不能简单按简支约束处理。所得结论可供桥梁抗震设计参考。     

纵向地震作用下通航渡槽碰撞特征研究

通航渡槽与升船机是过坝的快速通道。通航渡槽具有墩高由高到低连续变化、升船机与相邻高墩区渡槽基本周期差异大的结构特点,属于地震下激烈碰撞易发结构。基于有限元模型,对通航渡槽进行碰撞特征、控制因素以及地震响应影响研究。研究结果表明:渡槽与升船机周期差异大是造成剧烈碰撞的主要因素,且此碰撞有明显的传递效应;具有大位移的高墩在相邻渡槽跨周期差异不大时也会造成剧烈的碰撞,是碰撞的另一主要控制因素;有别于桥梁结构中碰撞通常限制墩的位移,通航渡槽中靠近升船机的剧烈碰撞区域,出现了明显的槽墩位移放大现象;碰撞对支座剪力影响程度远大于墩底剪力、弯矩。     

考虑支座摩擦滑移及结构碰撞的非规则人字形桥梁地震响应分析

针对非规则人字形桥梁在地震作用下灾变严重的问题,以一座非规则人字形桥梁为研究对象,建立其空间分析模型,研究综合考虑支座摩擦滑移、结构碰撞对非规则人字形桥梁地震响应的影响。结果表明:邻梁间的碰撞作用可使得桥梁墩顶位移及内力相比不考虑时有所减小,但同时也使梁体产生了较大的加速度脉冲效应;当考虑支座摩擦滑移和结构碰撞时,固定墩墩顶位移和邻梁相对位移峰值有一定程度增大,然而对梁体加速度脉冲效应结果影响并无统一规律;纵向地震波作用下,非规则人字形桥梁不仅存在顺桥向的碰撞,横桥向的碰撞响应也不容忽视。非规则人字形桥梁进行抗震设计计算时应选取符合实际情况的计算模型,考虑支座摩擦滑移及结构间的碰撞。     

双向地震作用下高铁FPS隔震简支梁桥纵向地震碰撞反应研究

为了准确分析FPS隔震桥梁的纵向地震碰撞反应,针对一典型3跨FPS隔震简支梁桥,建立了考虑FPS双向耦合效应和梁缝处三维碰撞效应的非线性动力计算模型,分析双向地震作用下FPS隔震简支梁桥纵向地震碰撞反应;研究支座半径和摩擦系数对简支梁桥纵向地震碰撞反应的影响规律。研究结果表明:横向地震作用会增大简支梁邻梁间纵向地震碰撞次数和碰撞力,降低墩底纵向剪力;为减小地震碰撞反应,设计时可适当增大支座半径和支座摩擦系数。     

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...     

爬移状态对服役曲线梁桥抗震性能影响分析

服役曲线梁桥常存在爬移病害。为探讨爬移病害程度对曲线梁桥抗震性能的影响规律,通过总结服役曲线梁桥爬移病害,确定以不同梁端爬移位移量作为描述服役曲线梁桥爬移状态的对比分析工况,并以一座三跨预应力混凝土曲线梁桥为例,采用MIDAS Civil建立有限元模型,考虑桩-土相互作用、双向碰撞效应及材料非线性,分析曲线梁桥支座及桥墩等主要受力构件地震响应规律,探讨爬移状态对服役曲线梁桥抗震性能影响。研究结果表明：主梁的爬移病害对桥梁的抗震性能会产生不利影响,会导致支座位移的增长,增加支座破坏的风险,从而增加桥梁上部结构碰撞效应及落梁风险;随着爬移位移的增加,桥墩的损伤状态可能由爬移前的无损伤转变为考虑爬移后的严重损伤状态。因此,在进行服役曲线梁桥抗震性能评估时应量化其爬移状态,并采用合理的措施对主梁的爬移进行限制。     

Required separation distance between decks and at abutments of a bridge crossing a canyon site to avoid seismic pounding

Major earthquakes in the past indicated that pounding between bridge decks may result in significant structural damage or even girder unseating. With conventional expansion joints, it is impossible to completely avoid seismic pounding between bridge decks, because the gap size at expansion joints is usually not big enough in order to ensure smooth traffic flow. With a new development of modular expansion joint (MEJ), which allows a large joint movement and at the same time without impeding the smoothness of traffic flow, completely precluding pounding between adjacent bridge decks becomes possible. This paper investigates the minimum total gap that a MEJ must have to avoid pounding at the abutments and between bridge decks. The considered spatial ground excitations are modelled by a filtered Tajimi‐Kanai power spectral density function and an empirical coherency loss function. Site amplification effect is included by a transfer function derived from the one‐dimensional wave propagation theory. Stochastic response equations of the adjacent bridge decks are formulated. The effects of ground motion spatial variations, dynamic characteristics of the bridge and the depth and stiffness of local soil on the required separation distance are analysed. Soil–structure interaction effect is not included in this study. The bridge response behaviour is assumed to be linear elastic. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

近断层地震特性对隔震曲线连续梁桥地震响应的影响

为研究近断层地震动对曲线连续梁桥地震响应及碰撞效应的影响,采用非线性时程分析法,分别研究脉冲效应、上盘效应及方向性效应对某三跨曲线连续梁桥支座位移、桥墩内力及邻梁间碰撞力的影响;通过支座隔震率的对比分析,探究不同类型近断层地震动下地震响应产生差异的原因。研究结果表明:脉冲效应、上盘效应和方向性效应均会增大曲线连续梁桥地震响应,脉冲效应的影响尤为显著;脉冲效应和方向性效应削弱了高阻尼橡胶支座的隔震特性,而上盘效应对桥梁响应的影响仅与上盘地震动自身特性有关;综合来看,脉冲效应对曲线梁碰撞响应影响最明显,上盘效应影响不大。     

断层走向对刚构桥地震反应的影响

我国西部部分连续刚构桥临近地震断层建设,在抗震分析时通常会忽略断层走向与桥梁纵桥向夹角对其地震反应的影响。利用Midas Civil软件建立4座墩高不同的大跨度连续刚构桥模型,选取10组近断层强震记录进行时程分析,研究断层走向对刚构桥地震反应(位移和弯矩反应)的影响。结果显示：在水平双向近断层地震动输入下,桥梁主墩及主梁纵桥向地震反应在断层走向与纵桥向夹角为75°～135°范围内最大,而横桥向最大地震反应则发生在夹角为0°～30°或120°～180°范围;在三向近断层地震动输入下,与仅考虑水平双向地震动输入下的桥梁地震反应相比,竖向地震动对主梁竖向弯矩响应的影响较大,特别是主墩和主梁的交界处,增大比例可达2倍及以上。就文章选取的4座桥梁算例,不考虑断层走向和桥梁纵桥向的夹角则存在低估桥梁地震反应的可能,低估误差在15%～40%左右。     

伸缩缝刚度对大跨度悬索桥动力特性的影响

伸缩缝作为大跨度桥梁与引桥之间的重要连接构件,其抗推刚度及可能存在的变异性对主桥及引桥动力特性的影响不可忽略。本文建立了大跨度悬索桥及引桥的有限元模型,采用弹簧单元模拟加劲梁与引桥箱梁之间的伸缩缝,分析伸缩缝刚度对悬索桥及引桥自振特性及其地震响应的影响规律。分析结果表明:伸缩缝刚度对加劲梁的横弯振型、竖弯与纵飘耦合振型的频率有明显的影响;伸缩缝刚度的变化会导致加劲梁与引桥的振型相互耦合,同时这些振型的频率发生相应的突变,当伸缩缝刚度较大时,加劲梁两个竖弯与纵飘的耦合振型解耦成为独立的竖弯和纵飘振型;当引桥与悬索桥加劲梁的纵飘振型发生耦合时,在纵向和竖向地震作用下的悬索桥及引桥的地震响应达到最小。伸缩缝刚度对悬索桥动力特性影响的分析可为悬索桥的模态参数确认、损伤识别、抗震性能分析提供有价值的借鉴。