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.     

某四塔斜拉桥不同约束体系的动力特性研究

依托于琼州海峡大桥的四塔斜拉桥设计方案,研究了在不同塔梁连接方式下结构的自振特性和地震作用下的弹性反应。根据地震分析结果,发现不同频谱特性的地震波对各约束体系影响不同,从而可能会得出不一致的结论。就一般意义而言,全漂浮体系动力性能优于半漂浮体系,而与约束体系相比,其主梁和边塔顶纵向位移都明显更大;全约束体系的抗震性能优于局部约束体系,且对主梁纵向位移约束最强,但与漂浮体系相比其桥塔内力和主梁竖向挠曲都更大。     

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。     

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。     

三塔长跨斜拉桥振动台试验研究

多塔长跨斜拉桥受力复杂,采用轻质结合梁时结构地震响应更具特点.本文以某主跨为616m的三塔结合梁斜拉桥为工程背景,制作动力缩尺模型进行三台阵振动台试验.在单向一致激励振动台试验的基础上,进行多维激励、多点激励振动台试验,并与数值分析结果进行比较验证.试验结果表明:此结构的基本振型为中塔纵弯与主梁竖弯的耦合振动.纵向一致地震作用下,主塔及主梁均会有较大的地震响应;横向一致地震激励下,中塔地震响应较边塔更为不利.多点激励振动台试验表明,行波效应使得各构件地震响应不同程度增大;最后,通过多维地震激励下试验结果验证了规范中方向组合计算方法的准确性.     

混合体系多塔矮塔斜拉桥推倒分析的适用性研究

为了研究推倒分析求解混合体系矮塔斜拉桥地震响应的适用性,以某混合体系多塔矮塔斜拉桥为工程背景,采用SAP2000建立空间有限元模型,分别对桥梁结构进行弹性和弹塑性推倒分析,探究在多塔矮塔斜拉桥地震分析中传统推倒和模态推倒的优劣及结构在塑性状态下不同计算方法的精确程度.结果表明:在弹性状态下,混合体系矮塔斜拉桥顺桥向和横...     

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。     

曲线桥梁墩高参数动力敏感性研究

为研究曲线桥梁结构桥墩高度参数对地震响应的敏感性,借助有限元分析软件Midas Civil,通过分类处理建立边墩为变高墩和中墩为变高墩两类有限元分析模型。根据Newmark-β法对多自由度体系的曲线桥梁结构进行动力时程分析,结合曲线桥梁结构地震激励的输入基本方式,计算两类墩高布置形式下两跨曲线连续梁桥结构的基本周期、墩顶位移、主梁内力和桥墩墩底内力的变化规律,通过对计算结果分析探究桥墩高度参数和桥墩高度比参数对曲线桥梁结构地震响应的影响规律。研究结果表明:相同条件下,Ⅱ类曲线桥梁的整体刚度小于Ⅰ类曲线桥梁结构;各墩顶径向位移对桥墩高度比和墩高参数敏感性不同;中墩顶曲线主梁内力耦合机理复杂,难以用较少结构参数表征;变高墩墩底内力与曲线桥梁桥墩布置类型密切相关。研究结果可用于指导山区曲线桥梁结构的抗震分析和设计。     

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。     

超大跨度斜拉桥考虑行波效应的地震动随机响应研究

斜拉桥地震反应不同于其它桥型,具有明显的空间耦合效应.利用有限元理论对苏通长江公路大桥的空间抗震性能进行分析,重点研究行波效应对结构响应的影响,并与一致激励计算的结果进行比较,为大跨度斜拉桥抗震分析采用随机方法提供了一定的参考依据.研究结果表明,行波效应对斜拉桥结构内力有显著的影响,大跨度斜拉桥抗震性能分析必须考虑行波效应.而行波效应的影响与结构自身动力特性、视波速、构件位置及研究响应类型(位移与内力)相关.     

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。     

大跨度斜拉桥地震响应非线性时程分析

以有限元分析理论为基础,结合某大跨度斜拉桥工程实例,利用ANSYS软件建立有限元模型,通过修正后的El Centro波分别考虑横向、竖向及纵向输入,采用时程分析方法对其进行地震反应分析.计算分析表明:考虑几何非线性后,结构的内力和位移响应明显增大,且对主梁和索塔内力与位移的影响程度及规律也不尽相同,须区别对待分析.同时表明该桥抗震性能良好,地震荷载不控制设计.由此得出结论,对于斜拉桥这类柔性体系, 不可忽视结构几何非线性的影响.     

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。     

罕遇地震下的屈曲约束支撑框架结构的动力响应研究

为分析支撑布置方式、刚度比、结构总层数等因素在罕遇地震下对屈曲约束支撑框架结构动力响应的影响,借助有限元分析软件SAP2000,分别对6层、12层、18层屈曲约束支撑框架结构模型进行了罕遇地震下的时程分析,详细研究了多高层结构体系的层间位移角、底层剪力、支撑内力等随支撑布置方式、刚度比、结构总层数等因素变化的规律。分析表明,倒V较单斜布置更能有效降低底层剪力、增大支撑轴力、降低层间位移角,从而降低结构的地震响应,更有利于结构消能减震;随着结构总层数的增大,支撑的屈服层数呈现出增多的趋势;刚度比七为2—4时,能使较多层数的屈曲约束支撑参与到消能减震的过程之中,较好地实现抗震设防目标。     

改善桥梁结构地震性能的措施研究

为了提高结构的抗震性能,可以从结构自身的动力特性着手,在明确了不同结构在地震作用下的响应特性的基础上,通过对结构进行合理调整,使得结构在地震作用下的内力分布达到较为合理的状态.通过对一座拱桥结构体系进行地震响应分析,探讨了伸缩缝和固定墩的设置位置对结构地震响应的影响.分析研究显示,合理选择伸缩缝和固定墩的设置位置,可以显著改善全桥结构的抗震性能.     

填充墙对框架结构抗震性能的影响

框架填充墙结构在汶川地震中产生了严重的震害,我国现行抗震设计对填充墙的考虑难以保证结构在地震下的抗震性能,研究一套简单有效考虑填充墙在地震中不利影响的设计方法是亟需解决的问题。本文按规范设计框架结构算例分别进行弹性、静力弹塑性和非线性动力分析,考察填充墙在弹性和非线性阶段对框架结构的刚度、内力和变形的影响,特别是在强震中的不利影响;从中寻找弹性设计与非线性反应之间的关系而提出弹性设计中考虑填充墙不利影响的方法。结果表明,均匀满布填充墙对框架结构抗震总体上是有利的;填充墙平、立面不均匀布置对框架结构抗震不利;填充墙约束效应易产生附加剪力和短柱破坏。最后根据分析结果提出设计、管理中考虑填充墙影响的方法和措施。     

地震作用下双薄壁高墩刚构桥桥台处的碰撞效应及减碰措施

针对双薄臂高墩连续刚构桥两侧桥台处主梁与背墙的碰撞现象,基于桥台-背土作用简化模型和Kelvin碰撞模型,采用非线性时程法研究碰撞对双薄臂墩地震剪力、弯矩、曲率和位移,以及支座纵向变形的影响。提出可牺牲背墙、阻尼器、加强型横系梁等三种减碰措施,并对比分析其减碰效果。研究表明:碰撞会显著增大高墩的地震内力和曲率响应,降低墩顶位移和支座的纵向变形;碰撞刚度的变化对碰撞效应的影响在20%以内;可牺牲背墙和阻尼器两种减碰措施均可大幅降低桥墩的地震内力和曲率,使其接近不考虑碰撞时的状态,阻尼器同时还可以保护支座不超过容许变形,而可牺牲背墙则会导致支座的地震破坏;加强型横系梁不能发挥减碰作用,反而会增大桥墩的地震响应。     

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。     

基于场地效应的高墩大跨铁路桥梁地震响应分析

场地条件对地表地震动有着显著的影响,本文以西部山区某高墩大跨连续刚构铁路桥梁为研究对象,利用傅里叶变换合成人工地震波并采用时程分析法研究了多维地震动作用下场地效应对该桥抗震性能的影响。不同场地分布的参数分析表明:场地越软,高墩大跨连续刚构铁路桥地震响应越大;最高墩的场地条件对高墩铁路桥梁的地震响应起着控制作用;最高墩处于D类场地或结构处于Ⅳ类场地组合时,次高墩的纵向地震响应远大于最高墩的地震响应;矮墩在Ⅳ类场地组合时,横向地震响应会超过次高墩。因此,在进行此类桥梁抗震设计时,要充分考虑不同场地条件及场地分布对其地震响应的影响。     

哪吒大桥地震响应分析

建立了哪吒大桥———钢桁加劲梁悬索桥的三维有限元计算模型,对该桥进行了振动特性和地震响应研究,对比分析了一致激励下和考虑局部场地效应、行波效应非一致激励下的桥梁地震时程响应的差异。计算结果表明,由于悬索桥的钢桁加劲梁采用半飘浮体系,纵向约束较弱,桥梁第1阶振型为钢桁加劲梁的纵飘;各阶振型的频率呈现出密集分布的形态;考虑地震波传播速度产生的行波效应的影响,桥梁的地震响应与一致激励下的地震响应有一定差异;局部场地效应对哪吒大桥的地震响应影响较大,特别是对大缆应力及结构变形影响很大;哪吒大桥在7度设防(地震波峰值加速度不超过0.15g)时,大桥的抗震安全性是可以得到保证的。