基于场地效应的悬索桥随机地震响应分析

因大跨径悬索桥梁具有较大的跨越尺度,同时墩柱基础所处场地条件也存在差异,所以对其进行地震响应分析时需考虑局部场地效应。为了正确分析场地效应对大跨度桥梁的地震响应,以某悬索桥为研究背景,采用MIDAS/CIVIL有限元软件,建立该悬索桥的有限元模型,在考虑地震动的局部场地效应情况下列举9种不同的计算工况,对大跨度悬索桥进行时程分析,通过控制一个塔墩处场地类别,改变另一个塔墩处的场地类别来分析场地效应对桥梁跨中位移和弯矩的影响。研究结果显示:场地效应对悬索桥的跨中位移和弯矩存在一定影响,不同的场地条件对桥梁同一位置的破坏程度不同。     

苏通大桥结构健康监测系统设计

介绍了苏通大桥结构健康监测系统研究的主要成果,分析了大跨径桥梁健康监测研究的关键问题.苏通大桥结构健康监测系统主要由四个子系统组成:(1)传感器系统(SS);(2)数据采集与传输系统(DATS);(3)数据管理与控制系统(DMCS);(4)结构健康评估系统(SHES).其中,结构健康评估系统是苏通大桥结构健康监测和安全评价系统的核心内容.结构健康评估系统由五个模块组成:(1)桥梁评级系统;(2)适用性评估;(3)损伤诊断和预测;(4)耐久性评估;(5)安全性评估.文中较为系统地论述了目前大跨桥梁健康监测系统建立与研究中的主要问题,指出了研究结构健康评估系统的主要技术途径,阐述了大跨桥梁健康监测系统存在的问题和发展方向.     

基于监测数据的拱桥吊杆疲劳寿命评估方法及其应用

目前拱桥吊杆都是基于恒载及活载静力强度准则设计的,没有考虑车辆荷载的动力疲劳安全系数。本文引入概率和统计学的概念与方法,对吊杆疲劳强度进行了可靠性分析与设计,建立了拱桥吊杆基于极限应力模式的疲劳动态可靠度模型与分析方法。结合实际桥梁监测的数据和疲劳模型试验,给出了拱桥吊杆腐蚀疲劳动态可靠度的计算步骤,并对实际桥梁的某一根吊杆腐蚀疲劳可靠度进行了评估,评估结果与实际结果基本吻合,证明了此方法适用于拱桥吊杆腐蚀疲劳寿命预测。     

大跨度悬索桥加劲梁纵向运动特性及其电涡流阻尼控制研究

大跨度悬索桥在交通荷载和环境激励下,加劲梁产生持续不断的纵向往复运动,这类振动会导致悬索桥上的连接构件如伸缩缝等出现疲劳破坏。抑制这类振动一般是在梁端安装阻尼装置,这类装置不仅能够减少运营状态下的梁端位移,还能减弱地震作用下的梁端位移响应。本文提出采用耐久性能良好的新型电涡流阻尼器(ECD)进行梁端位移控制并对其减振效果进行了评估。首先对某大跨度悬索桥的实测纵向位移数据进行时域和频域分析,通过简化建立了悬索桥纵向振动的单自由度模型(SDOF),并反演了运营状态下的等效外力时程。然后对悬索桥简化SDOF模型在运营状态等效外力时程作用下和地震激励下的响应进行了计算,并评估了ECD在运营低速状态下线性阻尼和地震高速状态下非线性阻尼的减振(震)控制效果,提出了平衡两种状态控制目标的阻尼器参数合理取值范围,为ECD在悬索桥加劲梁纵向位移控制领域的应用提供了一定的理论依据。     

大跨桥梁结构损伤诊断与安全评估的多尺度有限元模拟研究

探讨了以结构损伤诊断与安全评估为目标的大跨桥梁结构多尺度有限元模拟的策略与方案。在有限元模型误差来源分析的基础上,提出了大跨桥梁结构模型误差的分层次修正方法。通过对润扬长江大桥斜拉桥的有限元建模和模型修正过程,提出了大跨斜拉桥结构以损伤诊断与安全评估为目标的多尺度有限元模拟方法。研究表明,大跨桥梁结构的多尺度有限元模拟必须建立在模型误差分析的基础上,并采用模型误差的分层次修正方法才能较好的满足多尺度有限元模拟的技术要求。     

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。     

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。     

大跨度悬索桥环境振动的双向TMD控制

对带有双向ＴＭＤ系统的大跨度悬索桥进行了空间非线性时程响应分析,探讨了ＴＭＤ参数对抑振效果的影响,分析结果显示,ＴＭＤ能够增大结构的表观阻尼,有较大的能量耗散作用,加速振荡的衰减,有效地抑振结构的振动,这表明,用ＴＭＤ技术对大跨度悬索桥的环境振动实施被动控制是一个有效的方法。     

基于多尺度模型的空间Y型拱桥抗震性能分析

对建造在高烈度区大跨度桥梁，其抗震安全性分析是桥梁设计中重要环节，特别是对结构复杂的异形空间桥梁体系。杆系模型计算效率较高，但不能反映关键构件局部受力和变形；局部构件的边界条件确定困难，而且难以准确模拟荷载传递过程，不能满足实际工程需要，而多尺度模型为兼顾计算精度和效率提供了可能。本文基于多尺度模型和杆系模型的方法，对大跨度空间Y型拱桥的动力特性进行分析，验证了桥梁多尺度建模方法的精确性与可靠性；在此基础上，开展大跨度空间Y型拱桥结构地震反应分析，探讨了大跨度拱桥地震响应规律以及关键构件局部受力和变形特征，对其抗震性能进行合理评估。     

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。     

基于实测车流的悬索桥吊杆钢丝寿命期内的疲劳评定

将过桥实测车流数据与数值模拟分析结合起来,以江阴大桥的吊杆为研究对象,考虑不同车道对吊杆疲劳寿命的影响,建立了大跨度悬索桥疲劳车辆荷载模型和吊杆钢丝寿命期内的疲劳评估实用方法以及基于S-N曲线的吊杆寿命期内的疲劳损伤评定方法。研究结果表明,跨中短吊杆的疲劳退化快于桥塔附近的长吊杆,短吊杆是疲劳养护的重点;在吊杆的20年寿命期内,不需要考虑疲劳更换,但需要对跨中短吊杆采取监视措施。该方法可用于悬索桥吊索的安全评估与剩余寿命分析,能为吊杆的检测、维护与管理提供决策依据。     

大跨度斜拉桥在随机地震激励下的动力可靠性分析

以随机振动理论为基础,以苏通长江公路大桥为背景,对超大跨度斜拉桥在随机地震荷载作用下的动力可靠度展开研究。根据结构随机振动分析得到的响应统计量,采用结构可靠度分析的JC法(一次二阶矩法)和首次超越破坏理论,分析苏通大桥主梁关键截面上正应力的动力可靠度,并评价结构的抗震性能,分析结果证明该结构可靠性满足桥梁抗震需求。计算结果可为大跨度斜拉桥抗震可靠性分析提供参考。     

大跨空间结构抗震理论发展综述

大跨空间结构由于其体量大且多作为人流密集的公共场所,因而在各种非常规荷载作用下破坏将造成更大的经济损失、人员伤亡和社会影响。系统的从以下3个方面总结了近年来大跨空间结构抗震理论所取得的主要进展:(1)大跨空间结构精细化的抗震性能评估理论,主要包括材料本构模型、地震动多点输入和结构强非线性模拟;(2)大跨空间结构抗震性能提升与修复技术,主要包括结构减震技术和隔震技术的研究与应用;(3)大跨空间结构抗震设计理论与方法,主要包括基于性态的设计方法和功能可恢复性的抗震设计方法。通过以上部分的系统总结和论述,形成大跨空间结构统一的抗震设计指导思想,并对此类结构的抗震研究的发展趋势和方向进行展望,从而为大跨空间结构设计、施工和监测提供借鉴。     

龙江特大桥场地强震动观测系统设计

主跨1196 m的龙江特大桥是我国第一座位于高烈度地震区的大跨度悬索桥,频繁的地震活动对大桥结构安全构成严重威胁。大桥建设时建立了健康监测系统,其中包含多个结构地震反应观测点,随后布设了场地强震动观测系统,这是对大桥地震响应观测的进一步补充和完善。本文详细介绍场地强震动观测系统的设计方案、系统构成、通信方式等。该系统获取的观测结果,可为龙江大桥在地震作用下结构健康诊断提供依据,为大桥结构地震响应分析提供可靠的地震动输入,有助于了解大桥结构在地震动作用下的反应特征,提高大跨桥梁的抗震设计水平。     

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ABAQUS的行车过程中桥梁动挠度模拟

为研究桥梁结构在行车过程中动挠度的变化,同时考虑传统动荷载试验方法耗费人力、不利于桥梁快速检测与桥梁健康评估的局限性,提出基于ABAQUS软件模拟行车过程中桥梁动挠度的方法。首先将车辆荷载等效为振动移动荷载;然后根据车辆实际轴距、轮距和轮胎尺寸,在桥梁模型上划分行车带,通过Dload子程序,将荷载作用在行车带上;最后根据车速设置分析步和增量步时长,控制荷载在不同时间作用在行车带各区域模拟车辆运动。将该方法应用于实际连续箱梁桥动荷载试验中,对比分析各工况下的实测结果与模拟结果。实测结果与模拟结果基本一致,表明基于ABAQUS软件模拟行车过程中桥梁动挠度的方法可实现桥梁动挠度的快速检测评估,为通过动荷载试验数据评估桥梁安全提供简便方法。     

大跨缆索承重桥梁的结构阻尼特性

简单叙述了索支承桥梁现场动力特性实测的实用方法,在广泛收集国内大跨索支知梁模态阻尼实测资料的基础上,试图建立能够反应国内索支承桥梁模态阻尼特性的数据值。通过对收集到的实测资料者统计分析,详细研究了两种索支承桥梁：斜拉桥和悬索桥的模态阻尼特性,找出了模态阻尼同几种参数之间的关系。     

铅阻尼器在自锚式悬索桥横向减震设计中的应用研究

某自锚式钢桁架悬索桥结构主跨408m,采用双层桥面,2根主缆为空间线形布置。本文根据自锚式悬索桥独特的动力特性,提出在悬索桥主梁与过渡墩、辅助墩之间沿横向设置铅挤压阻尼器的消能减震设计方案,以控制悬索桥的横向地震反应。根据风、行车和地震荷载等各种工况可能引起的支座剪力值,提出了铅挤压阻尼器临界滑移荷载值的确定方法。研究表明,同时采用铅挤压阻尼器和粘滞阻尼器的消能减震技术,可以有效地减小悬索桥的横向地震反应,可供工程实践参考。     

基于响应面法的连续刚构地震可靠度分析

地震可靠度是桥梁抗震研究中的重要问题。基于随机分析的响应面理论和规范反应谱法,提出了一种分析具有随机结构参数的桥梁地震可靠度的方法,研究了结构的破坏准则及其极限状态方程,计算了高墩大跨连续刚构桥在地震激励下设计基准期内的动力可靠度。分析时考虑了结构参数和场地土的随机性,分别计算了连续刚构在多遇地震、设防地震和罕遇地震作用下的失效概率,得到了结构在设计基准期内,"三水准设防标准"条件下的地震可靠度。结果表明,该桥设计满足抗震规范要求。     

大跨度桥梁结构多级地震响应研究

大跨度桥梁结构在地震发生时其支承点受到的地震动激励均不相同,使得在多级地震中其桥梁结构对于地震的响应程度也不同。通过分析多级地震作用下,水中结构的运动引起桥梁墩部周围水体辐射波浪运动对桥梁结构的影响,分析大跨度桥梁墩-水耦合边界。基于反应谱理论,计算大跨度桥梁结构承受的地震力最大值,得出多级地震响应曲线,以分析其多级地震响应;并以某地六跨桥为例,以多级地震下桥梁的位移、剪力、弯矩等响应时程为指标进行分析,得出有效结论。