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。     

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。     

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。     

多点激励下大跨度斜拉桥地震反应分析

大跨斜拉桥是交通运输的枢纽工程,一旦在地震中遭到破坏,将会造成巨大的直接和间接经济损失.由于大跨斜拉桥的跨度大,在地震中地震波到达不同桥墩的时间存在差异,这会对大跨斜拉桥的地震反应产生很大影响.因此,对大跨斜拉桥在多点输入下的反应开展研究,对进行正确有效的抗震设计,确保其抗震安全性具有非常重要的意义.本文分析了多点激励下大跨度斜拉桥的地震反应,并与一致激励下大跨度斜拉桥的地震反应进行了对比,研究了多点激励对大跨度斜拉桥地震反应的影响.     

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.     

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.     

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.     

铁路多跨矮塔斜拉桥抗震性能评估

以某铁路多跨部分矮塔斜拉桥为研究对象建立了全桥空间动力计算模型,分别采用反应谱法及非线性时程反应法分析了该桥的弹性及弹塑性地震反应,并进行了抗震性能评估。结果表明：（1） 在多遇地震下2#制动墩的顺桥向地震作用较大,控制该桥的抗震设计;（2）在多遇地震下该桥主塔及桥墩的强度均满足规范要求;（3）在罕遇地震下主塔的强度满足规范要求;（4） 在罕遇地震下桥墩的塑性铰转动能力满足要求,且安全储备较大。     

飘浮体系斜拉桥纵向抗震计算的单塔模型

通过全桥模型计算结果与单塔模型计算结果的对比,讨论了集中质量在塔上锚固区处堆聚位置,定义了一个结构动力特性和结构地震反应的修正系数,提出了飘浮体系斜拉桥塔纵桥向地震反应计算的单塔模型。多个工程实例的分析结果表明,采用单塔模型的典型误差在15%左右,精度可以满足工程抗震设计的要求,使桥塔的抗震计算得到简化。     

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。     

钢阻尼装置应用于斜拉桥横向减震的试验研究

为探究新型钢阻尼装置对斜拉桥横向抗震的影响,以广东榕江大桥为工程背景,设计了1∶20的缩尺试验模型,并开展了4台阵振动台试验。试验结果表明:新型横向钢阻尼体系比横向固结体系一阶频率低;新型横向钢阻尼体系相比横桥向固结体系能有效地减小结构的位移反应及加速度反应,且随着地震动峰值加速度的增,减震效果越加明显,证明横向钢阻尼体系是合理的。因而,选择合适的钢阻尼装置可以提高斜拉桥的抗震性能。     

结构参数对双链式悬索桥地震响应的影响

以某双链式悬索桥为工程背景,建立了空间有限元计算模型.运用几何非线性时程分析方法,分析并探讨了不同垂跨比、阻尼比,塔桥不同连接方式和双链位置对双链式悬索桥地震响应的影响.分析表明,竖向地震动分量使桥塔轴力迅速增大,加劲梁采用钢筋混凝土边梁可有效减小地震响应;塔梁间采用简支连接方案其抗震性能比固定支座连接方案、滑动支座连接方案要好;双链式悬索桥横向抗震性能优于单链式悬索桥.对双链式悬索桥抗震性能的研究,为此类悬索结构的设计选型,乃至减震、隔震及抗震加固提供了参考.     

基于动水及桩-土-结构相互作用的斜拉桥地震响应分析

为了得到更为符合实际情况的跨江大桥动力稳定性的地震反应分析,在桥梁抗震研究中必须综合考虑动水及桩–土–结构的相互作用。基于此,结合某斜拉桥,采用基于Morison方程的动水力简便计算方法来模拟水对桥梁下部结构的动水压力,通过大型有限元程序Midas/Civil分别建立了没有考虑动水及桩土效应和考虑动水及桩土效应2种情形下的计算模型,通过输入El Centro波分析了动水及桩土效应对斜拉桥结构动力特性和地震反应的影响。分析表明:动水及桩土效应对斜拉桥动力特性和地震反应的影响较大,因此在对跨江斜拉桥结构进行抗震分析时,应考虑动水及桩土效应对其动力反应的影响。     

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。     

大跨斜拉桥多点反应谱法地震响应分析

大跨度桥梁结构作为交通枢纽工程和生命线工程,为确保安全运营,对其进行地震响应分析和进行抗震研究十分重要。为了工程实际应用的方便,在大桥地震反应分析中,采用各国规范常用的反应谱法。但是对于大跨度斜拉桥,选用贯用的一致激励反应谱法存在很多不实际和不合理的地方,因此选用由Kiureghian和Neuenhofer首先提出和推导的多点反应谱法,考虑了地震动的空间效应。通过有限元软件ANSYS建立斜拉桥模型,计算了大跨度斜拉桥主塔主梁等主要构件的响应值。并和一致激励反应谱得出的响应值做比较,得出了相应的结论,对大跨度斜拉桥的地震响应分析和抗震设计具有一定的指导意义。     

板式橡胶支座梁桥横向抗震加固研究

针对汶川地震中板式橡胶支座梁桥梁体横向移位严重的震害现象,提出了在原约束体系基础上增设X形板弹塑性挡块的抗震加固设计方法。以一座典型板式橡胶支座简支梁桥为研究对象,建立了可合理模拟支座滑动效应、挡块力学性能和墩柱滞回性能的全桥精细化有限元数值模型。选择国内外实际地震动进行横桥向非线性地震反应分析,研究了梁体与钢筋混凝土挡块横向间隙、X形板弹塑性挡块力学性能等两大参数对抗震加固效果的影响。研究表明:钢筋混凝土挡块与梁体间可预留一定横向间隙,X形板弹塑性挡块屈服强度可控制为上部结构恒载反力的5%;与抗震加固前相比,抗震加固设计能有效控制墩梁相对位移,同时减小桥墩结构地震反应,显著提高桥梁结构抗震性能。     

单索面混凝土矮塔斜拉桥的动力特性

以厦门银湖矮塔斜拉桥为例,通过引入拉索自振频率影响度的概念,分析了拉索的存在对矮塔斜拉桥自振特性的影响,探讨了矮塔斜拉桥的自振特性与相应连续梁桥(或刚构桥)的区别;在分析矮塔斜拉桥地震反应的基础上,通过引入振型贡献率的概念,分析了高阶振型对矮塔斜拉桥动力性能的影响;分析了矮塔斜拉桥的振型耦联效应。最后首次较全面地总结了单索面混凝土矮塔斜拉桥的动力特性,对进一步认识矮塔斜拉桥的动力性能有一定的参考意义。     

横桥向地面运动作用下独塔部分斜拉桥易损性分析

桥梁作为交通生命线系统中的重要工程,屡次在中等强度地震的作用下,遭受严重破坏甚至整体损毁,因此桥梁结构地震易损性研究在世界各国得到重视和发展。部分斜拉桥作为一种新桥型,由于兼有经济性和美学特性,近十年来在国内外发展迅速,但这种新桥型尚未经受地震的考验,在可能的地震灾害下,部分斜拉桥的地震破坏损伤概率还不明确,有必要开展有关的易损性研究。本文在桥梁地震易损性研究的基础上,分析在横桥向地面运动作用下独塔部分斜拉桥的易损性,定义五级损伤极限状态,建立桥墩、桥塔、限位器和全桥的易损性曲线,研究结果表明在横桥向地面运动作用下,独塔部分斜拉桥全桥易损性主要受到限位器和中墩的控制。     

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。     

中、下承式拱桥抗震性能分析

以下承式平行拱桥,下承式提篮拱桥和中、下承式斜靠式拱桥为研究对象,采用有限元程序Midas/civil建立3种桥型的空间有限元计算模型,计算其在El Centro波、Taft波地震波作用下的地震时程响应,对其进行抗震性能分析。计算结果表明:横向地震作用对3种拱桥的地震响应起控制作用;拱脚位置和横撑或横向联系处应作为拱桥抗震设计的控制截面,控制截面最大应力满足桥梁抗震性能要求,但平行式拱桥和斜靠式拱桥安全储备不充足,可采取一定的构造措施来保证其抗震安全性;提篮式拱桥主拱内倾和斜靠式拱桥稳定拱的设置对提高拱桥的横向抗震性能效果较为显著;提篮拱桥抗震性能优于平行式拱桥,斜靠式拱桥在横向地震下的拱顶横向位移最小,其抗震性能较好。