超高墩多塔混凝土斜拉桥纵向约束体系研究

为探讨不同纵向约束体系对超高墩多塔混凝土斜拉桥地震响应的影响,以墩高178m的赤石特大桥为研究对象,建立全桥有限元模型并进行非线性时程分析,研究了一致和非一致2种纵向约束方式下约束刚度对结构地震反应的影响,并综合对比了各类典型纵向约束体系下结构的抗震效果,最后根据分析结果确定该新桥型的合理纵向约束体系。研究结果表明:一致纵向约束方式下,约束刚度对结构变形的影响较内力更加突出,设计时应以控制结构变形为主,设置较刚性的纵向约束对改善结构抗震性能更加有利;非一致纵向约束方式下,边塔约束刚度对各塔地震反应的分布有重要影响,合理设置边塔纵向约束刚度对平衡结构的响应分布非常关键;对于超高墩多塔斜拉桥而言,采用全漂浮体系和弹性约束体系,抗震效果均不是十分理想,而采用固结体系和弹性-固结体系,可在不显著增大结构内力的同时大幅降低结构变形,是比较合理的纵向约束体系。     

不同支座约束方式下的斜拉桥抗震性能分析

为确定某一独塔双索面斜拉桥合理的抗震约束体系,运用有限元软件Sap,结合该桥的特点,建立了索塔纵向、过渡墩纵横向均自由和索塔纵横向、过渡墩横向均约束两种不同约束的体系下桥梁的有限元模型,这两种约束体系分别视为方案1和方案2,并对其分别进行自振特性以及的地震响应分析.结果表明,方案2和方案1相比,主塔支座处的剪力、塔柱的内力以及过渡墩和主塔支座处的位移都降低了很多,索塔约束可降低主塔的内力,从而提高主塔的安全度,因此推荐采用索塔纵横向、过渡墩横向均约束的方案.     

漂浮体系悬索桥拟静态纵向运动特性及其控制

营运状况下漂浮体系悬索桥加劲梁纵向运动产生的过大累积行程会引起伸缩缝和塔梁纵向阻尼器等连接构件的性能退化和疲劳损坏.探索加劲梁纵向运动过大累积行程的成因,并找出降低累积行程的控制措施是确保悬索桥健康运营的关键.首先,以江阴长江大桥实测位移时程数据为基础,对不同频谱特性的位移成分进行分解,并统计了不同位移成分的循环次数和...     

高烈度区深水斜拉桥动水效应及抗震体系研究

位于高烈度区的深水斜拉桥在地震下不仅会受到强震的作用,还会受到附近水体的作用,结构抗震要求高,选择合理的抗震体系非常重要.以云南格巧高速双河特大桥为工程实例,分析动水作用对斜拉桥地震响应的影响及其与地震强度的关系,在此基础上对斜拉桥的纵、横向抗震体系展开研究并给出合理建议.结果表明,动水作用会增大索塔塔底内力和结构整体位移响应,且对剪力的影响最大;动水对结构各响应的放大作用随地震强度增加呈现出增减不一的变化趋势,抗震设计时应分别考虑各级地震下的动水效应;索塔、辅助墩和桥台处均设置黏滞阻尼器等阻尼约束的纵向协同抗震体系能够最有效减小墩、塔底纵向内力及结构纵向位移,建议作为斜拉桥纵向抗震体系; 斜拉桥横向推荐采用索塔处设置固定约束、墩台处设置钢阻尼器等弹塑性约束的组合约束体系,该体系能同时降低墩、塔底横向内力,并有效控制结构整体横向位移响应.     

榕江大桥主桥振动台试验研究

榕江大桥是一座柔梁矮塔斜拉桥,为研究其纵向合理抗震体系和减震措施,设计了1∶20缩尺试验模型,并开展了四台阵振动台试验。通过改变塔-梁的连接方式,建立了无约束体系和粘滞阻尼器体系的试验模型,并分别测试不同地震激励下的地震反应。试验结果表明:与无约束体系相比,粘滞阻尼器体系不能减小结构的纵向加速度反应,但能够有效减小纵向位移反应,且随着动峰值加速度的增加,位移控制的效果更明显;在具有相同动峰值加速度的不同地震波激励下,结构的地震响应存在差异,甚至相差较大,应选取与工程场地频谱特征值相符的地震波进行桥梁抗震设计。     

中等跨径斜拉桥塔梁弹性约束装置的减震效应研究

对于高烈度设防区的中等跨径斜拉桥,往往采用漂浮或半漂浮体系结构,为防止梁端位移过大,需在桥塔和主梁之间设置合理的弹性索约束。为了得到合理的弹性索刚度值,以一座中等跨径混凝土斜拉桥为例,首先推导了塔、梁之间弹性约束刚度值的估算公式,并建立桥梁的动力分析模型,利用反应谱方法分析了弹性约束装置刚度参数变化对桥梁动力特性、索塔内力和塔顶、梁端位移的影响规律,通过参数分析得到了与公式计算值相吻合的最优解。分析结果表明:本文的弹性索刚度估算公式可以较准确估算弹性索的刚度初始值;弹性索能有效地控制漂浮、半漂浮体系斜拉桥过大的梁端位移,并改善斜拉桥索塔的受力状况。     

近断层地震动作用下输电塔-导线体系反应分析

首先在考虑了导线的几何非线性基础上,建立了输电塔-导线体系的简化空间有限元分析模型.其次对体系按纵向和侧向分别进行了自振特性分析.最后在近断层地震动、人造波和El Centro波作用下,利用非线性时程分析法研究了体系的地震反应特性.文中给出的输电塔的计算结果表明：（1）导线明显增加了输电塔的纵向基本自振周期,而对侧向振动周期几乎没有影响;（2）近断层地震动和其它地震动作用相比,输电塔的反应相差不大;（3）近断层地震动显著增大了导线的位移反应,尤其是侧向;（4）导线对体系纵向地震反应影响较大,对侧向地震反应影响较小.     

南京江心洲大桥主桥的地震反应谱分析

以南京江心洲大桥主桥为研究对象,采用大型有限元分析软件ANSYS建立了该独塔自锚式悬索桥的三维有限元模型,采用子空间迭代法对该桥模型进行了自振特性的分析,在其中考虑了几何非线性的影响。对该桥模型进行模态分析。在此基础上运用反应谱法计算了该桥的纵向、横向、竖向、纵向＋竖向以及横向＋竖向的地震响应,并针对其主要截面位置进行分析。结果表明,横向地震下的塔底应力比纵向、竖向输入下大,竖向地震作用下主梁地震应力要比横向、纵向地震作用下的大,塔顶位移在纵向＋竖向地震动输入时的位移值最大等。研究结果对同类桥型的工程抗震研究具有参考意义。     

非一致场地大跨度斜拉桥的地震响应分析

大跨度斜拉桥支承处的地质条件较复杂,地震波的传播特性不同,一致激励分析方法不符合实际情况。本文以主跨为680m的某大跨度斜拉桥为例,建立数值有限元模型,分析了一维及三维随机地震动激励下,同时考虑局部场地效应的地震响应规律,并将二者的数据作了对比分析。结果表明:与同为硬场地条件下相比,同为软场地条件时,纵向地震动激励下,主梁纵向位移增大了217%,横向地震动激励下,主梁的横向位移增大了89%,三维地震动激励下,主梁的纵向位移和横向位移分别增大了218%和92%;三维地震动激励下较一维地震动激励下结构响应大,因此,大跨度斜拉桥抗震研究应充分考虑地震动的多维性与局部场地效应的影响。     

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。     

基于增量动力分析和纤维模型的矮塔斜拉桥结构抗震性能研究

基于OpenSees软件及其纤维模型的有限元方法,建立了典型矮塔斜拉桥的非线性数值分析模型,分析各构件的抗震性能指标。采用动力增量分析法（即IDA方法）,对结构进行了非线性动力时程分析,分别探讨了在纵桥向和横桥向地震作用下矮塔斜拉桥结构的构件破坏规律。分析了在不同加速度峰值情况下,矮塔斜拉桥主塔和边墩沿高度变化的应变包络图、主梁内力包络图及支座位移包络图。结果表明：与一般斜拉桥性能要求不同,矮塔斜拉桥的主塔可以发生损伤,塔底和边墩墩底为主要控制截面,支座在纵桥向地震组合作用下较易发生破坏,拉索和主梁是不易损伤的构件,主梁内力包络图的分布情况随着地震峰值的增加发生变化。     

千米级斜拉桥的纵向减震体系研究

针对漂浮型的千米级斜拉桥,研究地震作用下减小梁端纵向位移和主塔内力的方法。首先阐述了该类桥梁的纵向减震机理和方法;其次根据现有的理论和技术水平,在塔梁之间分别采用弹性连接装置、流体黏滞阻尼器、以及弹性连接装置与流体黏滞阻尼器组合的3种连接方式,设计了3种纵向减震体系;然后建立了千米级斜拉桥的有限元模型,分别采用上述3种纵向减震体系,进行了一系列动力分析,同时研究了纵向减震参数设置;最后,对模型计算结果进行了比较和讨论,并建议了千米级斜拉桥纵桥向的合理减震结构体系。     

地震动差动下高压输电塔-线体系的纵向反应

考虑地震波以有限波速传播时所引起的地震行波效应,基于建立的高压输电塔-线体系空间有限元模型,利用在多点输入下考虑几何非线性的动力时程分析法,研究了体系纵向地震作用下的反应特性,并和一致地震动输入下的反应情况进行比较。结果表明:行波输入既可以增加又可以降低输电塔的地震反应,这与行波波速、地震动性质、输电塔档距以及输电塔-线体系中导(地)线的松紧程度有关;行波输入使导(地)线跨中竖向位移增加十分明显,但使导(地)线跨中纵向位移减小,同时行波输入使导(地)线的轴力增加十分明显。由此得出结论:高压输电塔-线体系地震反应受行波波速影响很大,考虑地震行波效应的影响是十分必要的。     

索鞍约束方式对多塔自锚式悬索桥抗震性能的影响

本文应用有限元分析方法探讨索鞍约束方式对多塔自锚式悬索桥地震响应的影响规律。分析表明:采用索鞍有限位移方案后,结构第1阶振型周期变大;在纵向地震作用下,主塔纵向位移、加劲梁轴力、鞍槽主缆抗滑安全系数增大;主塔剪力、主塔弯矩、主缆轴力、吊杆轴力、加劲梁轴力和加劲梁竖向挠度均减小;同时索鞍会产生较大碰撞力。     

不同约束方式对匝道桥动力特性的影响研究

近年来,地震作用下的匝道桥表现出较高的地震易损性。为建立匝道桥的有效约束方式,以减小其地震损伤,本文基于汶川地震中连续梁桥约束方式的调研结果,建立了4种不同匝道桥支座约束方式,并以石家庄石环线某匝道桥为例,对比分析了不同约束方式下匝道桥的自振特性及地震响应。结果表明:板式橡胶支座具有一定的剪切变形能力,可降低桥墩与支座组成的体系刚度,有效分散了上部结构的地震惯性力,保护了下部结构,但应注意其引起的较大主梁位移;固定支座或墩梁固结形式会放大桥墩受力,增加下部结构的损坏,不宜设置在高度较矮、刚度较大的桥墩上;双层挡块和垫石凹槽分级限位支座具有较好的限位能力,并可耗散部分地震能量。     

大跨度斜拉桥横桥向减震研究

斜拉桥在横桥向采用塔-梁、墩-梁固结的约束体系,导致其整体刚度增加,地震惯性力增大,给边墩及其基础的抗震设计造成困难。分别采用位移相关型(方案1)和速度相关型(方案2)两类减震装置对一座斜拉桥的横桥向进行了减震研究。方案1在边墩-主梁间设置位移相关型减震装置,并对其屈服荷载进行了参数分析;方案2对速度相关型减震装置的安装位置和数量进行了优化分析,并对其参数取值进行了参数分析;对横桥向固结体系和减震体系的地震反应进行了对比。结果表明:地震作用下两类减震装置发生滞回变形,延长了结构在横桥向的周期,有效降低了边墩的地震剪力和弯矩反应;横桥向墩-梁间的相对位移会增大,可通过减震装置参数的选取将其控制在合理的范围内;塔底的地震剪力和弯矩反应变化不明显。2种方案均可用于斜拉桥横向减震。     

基于多点激励下黏滞阻尼器在斜拉桥中的减震效果分析

建立了一座主跨396m的全漂浮斜拉桥减震模型,对其进行了多点位移激励荷载作用下的抗震性能分析。研究了黏滞阻尼器安装位置以及阻尼参数对振动控制效果的影响,给出了合理选取阻尼系数C与阻尼指数α的建议。研究表明:减震效果与阻尼参数密切相关,增加阻尼系数与提高阻尼器的非线性(较低阻尼指数)有利于减小主梁的纵向位移,但对主跨中部弯矩有不利的趋势。根据选取阻尼参数的建议方法,考虑桥梁结构位移与内力双重控制条件,采用合理的阻尼器参数选取方案对关键点的位移与内力控制效果均有显著提高。     

主塔类型对斜拉桥横向地震响应的影响

通常情况下斜拉桥的主梁与主塔横向自由度约束,因此,主塔横向地震响应通常为斜拉桥抗震设计中的控制工况。目前,对于斜拉桥主塔横向抗震性能的研究大多是针对某特定形状的主塔,不同塔型主塔抗震性能的区别还鲜有研究。本文基于某斜拉桥实际方案,建立不同塔型的斜拉桥仿真模型,对比分析了不同塔型斜拉桥的静力及动力特性,并探讨了不同类型地震动(远场FF、近场无脉冲NNF、近场有脉冲PNF)对于各种塔型斜拉桥地震响应的影响。分析表明:恒载下钻石型与花瓶型塔底的剪力与弯矩会显著大于其它塔型;横向地震作用下,各类型主塔的最大弯矩响应均出现在塔底,其中钻石型与花瓶型塔底的响应显著大于其他塔型。对于各种塔型,近场脉冲型地震动(PNF)均会导致(相较FF和NNF)更显著的主塔内力响应,且PNF导致的响应放大系数对于各种塔型均差不多(约为2倍)。塔身倾角的参数分析结果表明:随着上、下倾角逐渐减小(由95°减小至75°),地震下塔底弯矩均会逐渐增大约2倍。     

自锚式悬索桥结构纵向消能减震设计方法研究

本文根据某自锚式悬索桥独特的动力特性,分别提出了在悬索桥主梁与主塔之间沿纵向设置粘滞阻尼器和铅挤压阻尼器的消能减震设计方案,来控制悬索桥的纵向地震反应。研究表明,采用以上2种消能减震技术,可以有效地减小悬索桥的纵向地震反应。本文研究结果可供工程实践参考。     

大跨度多塔斜拉桥随机地震响应分析

以嘉绍跨江大桥为工程背景,采用ANSYS有限元软件建模对随机地震动作用下大跨度多塔斜拉桥的结构动力响应进行了数值分析。结果显示,三维一致激励下各跨主梁位移响应规律基本一致,但各塔塔底内力差别较大;各塔塔底内力受该塔塔梁约束条件影响较大;同时各塔间塔梁约束方式对塔底内力存在相互影响。此外分析了行波效应对动力响应的影响,表明不同波速对结构地震响应影响较大,且随视波速变化结构响应存在一定的规律性。