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。     

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。     

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。     

基于弹性拉索的超高墩三塔斜拉桥减震效果研究

为探究超高墩三塔斜拉桥在弹性拉索装置下的减震效果,首先利用SAP2000建立了考虑支座非线性和拉索几何非线性的三维有限元模型;其次基于弹性拉索装置,研究了弹性拉索刚度对三塔斜拉桥地震响应的影响;最后基于数值分析结果并结合某三塔斜拉桥实际工程提出3种减震方案。研究表明:在两边塔塔梁结合处设置弹性拉索可显著减小桥梁在地震作用下的内力和位移响应;提出的方案1(两边塔单根弹性索均为50股,单股刚度均为12000kN/m)、方案2(两边塔单根弹性索均为100股,单股刚度均为10000kN/m)和方案3(15#主塔单根弹性拉索100股,单股刚度10000kN/m;17#主塔单根弹性拉索100股,单股刚度为16000kN/m)相较于无弹性索状态,均可有效降低主塔塔底弯矩、塔底剪力、塔顶位移及主梁纵向位移;相较于方案1,方案2和方案3是更优方案。     

基于性能的大跨径斜拉桥主塔概率地震风险分析

地震作用下,若斜拉桥主塔发生损伤,将使整体损伤风险明显提高。因此对斜拉桥主塔进行地震易损性分析来评定主塔的抗震能力,进而评估斜拉桥主塔在设计基准期内的地震损伤风险,具有重要的工程和经济意义。本文通过SAP2000有限元分析软件对某斜拉桥主塔进行了纵横向的地震易损性及危险性分析,结合地震易损性和危险性分析推导出概率地震风险函数,进而开展了斜拉桥的概率地震风险分析。分析结果证明,在100年设计基准期内,纵桥向或横桥向地震作用下,本文斜拉桥"H"型主塔均满足E3水准抗震设防要求。     

基于基础隔震理念的转体斜拉桥抗震性能研究

为研究基础隔震体系对转体斜拉桥抗震性能的影响,以新建福厦客运专线太城溪特大桥为工程背景,建立全桥动力模型,进行非线性时程分析。选取7组地震波与5组曲面摩擦摆支座基础隔震方案,对比分析基础隔震转体斜拉桥的抗震性能。结果表明：采用基础隔震体系后,转体斜拉桥的自振周期增大,整体刚度与地震响应显著降低;曲面摩擦摆支座对结构变形的影响较小,但会使内力大幅降低,可作为该转体斜拉桥基础隔震体系的隔震支座;采用基础隔震体系后,主墩墩底弯矩减小44.83%～55.82%,剪力减小40.3%～63.09%,塔梁固结处产生最大位移65.53 mm。     

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。     

双层板桁钢梁应力分析

以跨度最大的双层斜拉桥闵浦大桥为背景,研究了双层板桁钢梁桥面板的受力特性,阐述了精细壳单元与梁单元结合的整体有限元模型,并分析了上、下桥面间腹杆的受力特性与桥面板的应力分布特性;采用桥面纵横梁间带U肋精细桥面模型,分析了桥面板和U肋在车辆荷载作用下的应力分布。研究表明,上、下层桥面横桥向应力小于纵桥向应力,并且横桥向应力的不均匀性明显大于纵桥向;车轮荷载作用下,正交异性桥面板应力分析时,荷载位置对纵横向应力峰值的影响很小,并且横桥向应力起控制作用,峰值均出现在U肋与顶板交接处。     

多塔斜拉桥地震作用简化分析方法

多塔斜拉桥多为对称结构,受实验室规模及振动台台组数的限制,大型多塔斜拉桥的大比例尺全桥多振动台试验无法进行,需要提出合理有效的简化分析方法:采用类似于静力学中的方法取反对称半结构,然后进行纵桥向一致地震激励。本文以南昌朝阳大桥(六塔斜拉桥)为工程实例验证动力荷载作用下非线性体系半结构简化的合理性,通过对比全、半桥结构计算得到的支座位移、墩底内力和主梁位移,发现半结构与全结构具有相同的计算精度。该简化方法为实现多塔斜拉桥大比例尺简化振动台试验提供了理论依据。     

风荷载作用下的土-结构动力特性分析

结构的动力特性直接影响到动力荷载的作用效应。动力特性分析中,土体的影响不可忽视。与地震荷载不同,动风荷载自结构向土体传播,土体的惯性力可以忽略。无质量地基法可以满足针对风荷载的土-结构动力分析的要求。本文首先推导土-结构动力相互作用的运动方程,在此基础上,以剪力墙箱型基础结构为基本分析对象,确定有限地基域的范围,分析土-结构整体动力特性。认为：足够的基础埋深,可以有效控制建筑物的摆动;为控制建筑物的动力特性,可以采取措施适当使地基土增加一定的刚度;如何在上部结构的质量和刚度之间建立对应关系以控制土-结构系统的动力特性,有待进一步研究。     

基于地震易损性分析的平塘特大桥关键构件破坏顺序研究

为探究山区超高墩三塔大跨斜拉桥在地震作用下各关键构件（桥塔、支座、基础和桥墩）的破坏顺序,以在建的贵州平塘特大桥为工程依托,首先基于OPEENSEES软件建立空间有限元模型,然后基于概率理论建立斜拉桥地震易损性模型,最后以混凝土应变和支座相对位移为易损性指标进行增量动力分析,得到各构件易损性曲线,并基于各构件的易损性曲线对此类桥型的构件破坏顺序进行分析。研究表明：横向地震对该斜拉桥造成的破坏程度要大于纵向地震;在纵向地震作用下桥梁结构最易发生破坏的是中塔支座和边塔基础,在横向地震作用下桥梁结构最易发生破坏的是边塔支座和过渡墩基础。     

斜腿夹角对V形墩连续刚构桥地震响应的影响研究

为研究斜腿夹角对V形墩连续刚构桥地震响应的影响及合理斜腿夹角角度,以一座典型V形墩预应力混凝土连续刚构桥为研究对象,采用有限元分析方法研究了斜腿夹角θ对桥梁内力及位移的影响,得出了θ对结构地震响应的影响规律和变化曲线。研究结果表明:随着斜腿夹角的增加,在纵向地震力作用下,墩底纵向弯矩逐渐减小,墩顶和主梁墩顶支撑处纵向弯矩逐渐增大;在横向地震力作用下,跨中横向弯矩逐渐减小,墩底横向弯矩逐渐增大,墩顶横向弯矩基本不变;在竖向地震力作用下,墩底和墩顶竖向弯矩逐渐增大,主梁支撑处竖向弯矩逐渐减小;斜腿夹角对纵向或横向地震力作用下结构位移影响不大,对竖向地震力作用下的位移影响较大。在满足静力设计的前提下,当两斜腿夹角为90°时,结构地震响应相对较小,受力合理性最优。研究成果可为该类桥梁的抗震设计与斜腿夹角角度选取提供参考和依据。     

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...     

移动荷载对桥梁动力响应的影响研究——以开裂预应力混凝土简支梁为例

混凝土桥梁在工作过程中会产生裂缝,为分析移动荷载对开裂混凝土桥梁结构刚度的影响,对开裂梁动力响应进行分析。建立简支T梁桥有限元模型,并将移动荷载施加至有限元模型中。根据简支T梁桥破坏横向分布位置和强度的不同,研究不同工况下各梁荷载横向分布及不同移动速度对裂缝扩展宽度的影响。结果表明,数值模拟结果能较好地验证计算模型的准确性;在较大的移动荷载作用下,混凝土开裂,导致结构刚度减小、位移增大;随着移动荷载和速度的增加,开裂时间增加,结构刚度降低,持续时间增加,位移增大,使结构响应呈现明显非线性。     

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。     

非对称单侧混合梁斜拉桥多点激励地震响应分析

以一座主跨为820 m的双塔非对称单侧混合梁斜拉桥为研究对象,对其进行动力特性分析。运用相对运动法进行多点激励地震响应计算,分析行波效应对塔顶、主梁、塔底等关键位置动力响应的影响,同时对比分析入射角方向（即斜拉桥两侧相对方向）对其动力响应的影响。结果表明：与一致激励分析结果相比,多点激励使得主塔内力结果偏小,而使得主梁内力结果偏大;不同入射角地震激励对非对称大跨度斜拉桥的内力也会产生较大影响,内力变化可达20%。因此,在进行该类型非对称混合梁斜拉桥设计中,应考虑非一致激励效应和地震动输入方向的影响因素。     

澳门澳凼第三大桥斜拉桥地震反应分析

结合一座澳门澳凼第三大桥斜拉桥的工程设计实例,采用大型有限元分析程序ANSYS,选取空间BEAM188、BEAM4及SHELL63单元建立动力计算模型,对比研究了主塔墩底在假定固结和考虑桩土共同工作这两种边界约束处理方式下的动力特性;并选取三条地震波在桥的纵、横向分别进行桥梁地震作用下的时程分析,给出了主梁和中塔的内力、位移及时程响应。