高阶振型对大跨度钢桁拱桥地震反应的影响

为探讨高阶振型对大跨度钢桁拱桥地震反应的影响,以某1~490 m上承式钢桁拱桥为研究对象,采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型,基于振型分解反应谱法基本原理,通过动力分析与静力分析相结合的方法,提出了高阶振型对大跨度钢桁拱桥地震反应的分离方法,在此基础上分析了主控振型对大跨度钢桁拱桥主拱圈纵向地震反应的影响规律。结果表明:同一振型对主桁下弦杆的同一位置不同内力分量的影响程度不同。同一振型对主桁下弦杆不同区域的同一内力分量的影响程度不同。从主桁下弦杆整体内力分布看,各阶振型对下弦杆的轴力、弯矩影响规律较为接近,但对剪力的影响明显不同。对于轴力和弯矩,在L/8区域~拱脚区域内,高阶振型的影响显著。对于剪力,在跨中区域~L/4区域,高阶振型的影响显著,且多阶振型共同作用效果明显。     

30t轴重重载铁路简支梁桥-轨道系统地震响应研究

为研究多跨30 t轴重重载铁路简支梁桥-轨道系统地震响应规律,采用经过验证的梁轨相互作用模拟方法,建立了考虑桩-土共同作用、桥墩弹塑性变形、滑动支座摩阻力、线路非线性阻力的多跨重载铁路简支梁桥与双线有砟轨道相互作用仿真模型,揭示了一致激励和行波效应下重载铁路简支梁桥-轨道系统地震响应规律,探讨了路基段钢轨长度、简支梁跨数、跨度、线路纵向阻力形式、滑动支座摩阻系数等设计参数的影响,分析了温度、列车制动和地震耦合作用下系统的受力特征。研究表明:当地形地质条件相差不大时,简支梁跨数可简化为11跨、路基段钢轨长度可取为150 m;线路阻力减小时,梁体间、梁体与桥台间可能出现碰撞现象甚至发生落梁;纵向一致激励下,钢轨应力包络图呈"双菱形",其最大值出现在桥台附近,而梁缝附近梁轨相对位移较大,易发生动力失稳;行波效应下,系统受力和变形规律发生显著改变,即使对于跨度较小的简支梁桥,也应考虑行波效应的影响;温度和列车制动作用将进一步增大轨道结构在地震中发生动力失稳的可能性。     

非一致地震动激励下结构拟静力/动力分量的分离及其应用示例

基于改进的大质量法和位移法,分别求解非一致地震动激励下结构总反应和拟静力分量,用总反应减去拟静力分量得到动力分量,实现拟静力/动力分量的分离。结果表明,该方法简便实用,计算精度高,与理论结果符合好。以一座连续刚构桥为例,分析了非一致地震动激励下,结构地震反应拟静力/动力分量的基本特征和影响因素。结果表明,各支撑间的地震动位移差动对拟静力分量影响巨大,不容忽视;拟静力分量/动力分量相互叠加或消减,致使结构反应在多点激励作用下表现复杂。     

高速铁路客站大跨站厅结构竖向多点地震响应研究

"房桥合一"是我国高速铁路客站建造中出现的一种新型结构形式,其兼具房屋和桥梁结构特征,轨道层列车线路的通行要求决定了上部高架站厅层具有较大跨度,而站厅结构竖向抗震性能往往是确保其地震安全的重要部分。鉴于此,首先阐述了SAP2000软件中位移模型的基本计算原理,并指出其一重要误差,继而参考天津西站建立了典型大跨站厅结构模型,对比研究了竖向多点一致、考虑行波效应竖向多点非一致地震激励下典型站厅结构动力响应特征。研究表明:依据位移模型直接计算结果来获取不参与动力平衡方程的从属结构响应分量时可能存在明显误差;竖向多点非一致输入特征对高架站厅层的地震响应有着显著影响,在抗震设计和性能评估中均不可忽视此因素,同时给出了抗震设计建议。     

大跨拱桥三维多点随机地震响应分析

对大跨度钢管混凝土拱桥进行三维正交地震动多点激励下的平稳随机响应分析.建立了跨径308m中承式钢管混凝土拱桥的精细有限元模型,采用多维多点平稳随机地震响应分析方法,数值仿真了该拱桥在一维P波、一维SH波、一维SV波多点激励下的地震响应以及考虑互谱的三维多点激励地震响应,研究了三维地震动、行波效应和部分相干效应对拱肋内力的影响.数值分析结果表明:考虑地震动的空间效应对拱肋内力有很大改变,地震动的行波效应对拱肋内力的影响比部分相干效应的影响更大,三维地震作用比单维地震作用的拱肋内力有较大增幅.对大跨度钢管混凝土拱桥,必须进行多维多点地震激励的响应分析,否则有可能严重低估结构的地震设计内力.     

行波效应对大跨越输电塔－线体系纵向地震响应影响

由于特高压大跨越输电塔－线体系塔身高跨度大,仅考虑单塔及塔－线体系的一致地震输入是远远不够的。本文考虑地震波沿大跨越线路传播时引起的地震行波效应,建立了特高压大跨越输电塔-线体系精细的三维空间有限元模型,运用几何非线性动力时程分析方法研究了纵向地震作用下大跨越输电塔－线体系的地震响应特性,并和一致地震动输入下的反应进行了对比。结果表明：行波效应既可以增加又可以减小塔身的地震响应,主要与地震动作用于大跨越两端输电塔的相位差有关;行波效应对导线跨中竖向位移响应影响十分明显,但对导线内力响应影响很小     

近断层地震动作用下大跨度曲线刚构桥台阵试验研究

为了研究近断层地震动对大跨度曲线刚构桥抗震性能的影响,以某一大跨度曲线刚构桥为原型,设计制作1/40缩尺比例模型,选取同一地震中的近断层地震动记录和远场地震动记录,利用多子台积木式模拟振动台台阵系统,完成了横向、纵向、横向+纵向一致输入及行波输入的对比试验。研究结果表明:近断层地震动中所含的速度脉冲会对曲线刚构桥的动力响应产生显著影响,并且行波效应会进一步提升其对结构响应的放大作用;近断层效应的放大作用对刚度较大的结构或者结构某一个方向更为明显,而行波效应对结构的影响主要取决于由多点激励所激发的高阶反对称模态;与直线桥相比较,曲率半径会增大曲线梁桥的水平刚度,从而使近断层效应和行波效应对曲线桥的动力响应产生更不利的影响。因此,在靠近断层的区域遭受同样的地震作用,曲线梁桥将产生更为严重的破坏,建议在抗震设计中应特别注意处于断层附近的曲线桥结构。     

斜交简支梁桥地震碰撞反应参数分析

为研究斜交简支梁桥地震碰撞反应,采用开放式地震模拟软件Open Sees,建立能够考虑梁体与桥台间纵向碰撞、摩擦作用及梁体与挡块间横向碰撞效应的斜交简支梁桥精细化动力计算模型,分析水平地震动输入方向、竖向地震动和斜度等对斜交简支梁桥地震碰撞反应的影响规律。结果表明:忽略横向碰撞时,斜度为α的简支梁桥梁端纵向最大位移、上部结构峰值转角在水平地震动以角度θ=90°-α输入时达到极小值;考虑横向碰撞后,由于挡块的有效限位作用,梁端纵向最大位移、上部结构峰值转角会减小,竖向地震动对地震碰撞反应的数值有一定影响,但对其随斜度的变化规律没有明显影响,钝角处支座上拔力随斜度增大而增大,锐角处支座上拔力随斜度增大而减小,且支座上拔力由钝角处向锐角处逐渐减小,考虑水平地震动输入方向影响时,梁端纵向最大位移随斜度增大而增大,上部结构峰值转角、梁端纵向最大碰撞力随斜度增大呈先增大后减小的变化规律,梁体与挡块间横向最大碰撞力随斜度的增大总体变化不大。     

多维多点输入下大跨度连体高层结构地震反应振动台阵试验研究

利用振动台阵在多维多点激励下对大跨度连体高层结构的地震响应进行了试验研究. 试验中分别对结构输入了单维及多维、一致及不同视波速的行波激励以考察多维地震分量以及行波效应对结构地震响应的影响程度. 试验结果表明:多维地震分量将增大结构地震响应;行波效应可能使连接部位关键杆件的应力有明显增大;同时考虑多维多点时结构沿强轴向加速度响应有所减小, 而沿弱轴向加速度响应明显增大;连廊结构在考虑多维多点地震输入时其竖向地震响应将有明显放大. 因此在对此类结构进行抗震设计时应考虑多维多点地震激励的 影响.     

铁路钢桥环氧沥青柔性保护层在特种活载作用下的力学响应

随着铁路钢桥跨径的增大,铁路采用柔性保护层的研究受到重视。从铁路钢桥桥面系的结构组成及荷载传递特点出发,建立高速列车-轨道-环氧沥青柔性保护层-桥梁耦合体系有限元模型。通过典型铁路钢桥面系算例分析可见,保护层竖向位移、横向拉应力、纵向拉应力及钢板与保护层间剪应力峰值均出现在ZK特种活载中心作用于距横隔板1/4跨处(定义两横隔板之间距离为一跨);最大竖向位移发生在荷载作用的中心区域;最大横向拉应力出现在轨枕两侧以及纵肋上方对应的区域;钢板和保护层间最大纵向剪应力分布在荷载下方轨枕对应的保护层区域。此外,通过室内试验,验证环氧沥青柔性防水保护体系的抗拉和抗剪切强度满足理论分析结果和规范的要求。列车荷载作用下环氧沥青柔性防水保护层的力学响应及其分布规律,可为同类铁路钢桥桥面系保护层设计提供理论依据。     

错位转换高层建筑结构竖向地震作用下的抗震性能研究

关于错位转换高层建筑结构在竖向地震作用下的动力特性和受力特性的研究目前还鲜有文献,本文采用Sap2000V9有限元程序对一实际带错位转换高层结构竖向动力特性和动力反应进行了分析研究。研究了竖向振型数对上、下部转换梁内力和主要竖向受力构件轴力的影响;用反应谱法和时程分析法计算了竖向加速度、竖向层间位移及竖向动应变,分析了上部、下部转换梁梁端点及梁托柱点所在位置节点动力反应随楼层变化情况,并将转换梁端点的反应和梁托柱的反应进行了对比分析研究。还计算了上、下部转换层梁托柱、承托墙肢、框支剪力墙、框支柱等的轴力,并将其与重力荷载代表值下轴力比值进行了对比研究。研究分析表明,竖向基本振型对构件内力起主要作用,竖向第5阶以上振型对转换梁和各竖向主要构件轴力影响很小;梁托柱点竖向位移、竖向加速度远大于其梁端点的反应;上、下部转换梁端点处竖向构件竖向应变在转换层上一层发生突变;同时会使两错位转换层之间楼层竖向构件竖向应变局部增大;楼层越高,其相应竖向构件的反应谱法与重力荷载代表值、时程均值与重力荷载代表值内力比值就越大;竖向地震作用下承托墙肢顶部一层和框支剪力墙底部三层轴力会发生突变。     

钢管混凝土单圆管拱结构振动台阵试验研究

为了研究钢管混凝土拱桥地震响应特性,以某钢管混凝土拱桥为原型,通过采用人工质量一致相似律设计制作1∶10缩尺比例的钢管混凝土拱结构模型,利用福州大学地震模拟振动台台阵系统,采用正弦波激励、Taft波以及当地场址生成的人工波等,进行了纵向、横向、横向+纵向地震动试验。试验结果表明,不同的地震波激励使结构产生不同的地震响应。Taft波横向激励产生的响应小于纵向激励的,人工波正好相反。拱顶的加速度相对于拱脚的有放大作用,放大倍数与输入波形的卓越周期相关;多维激励和行波激励使结构的加速度、位移和应变响应显著增大,其对结构的影响比一致激励时更为不利。不过,试验过程中模型均未出现开裂和破坏现象,表明钢管混凝土拱结构具有良好的抗震性能。     

连续倒塌现象中结构动态响应特性的分析

局部破坏引起的动力响应是影响建筑物发生连续倒塌的重要因素。基于改变传力路径法建立了连续倒塌动力分析模型,对结构遭受局部破坏后的振动特性进行研究,并分析了失效时间及材料特性对结构动力响应的影响。分析结果表明,竖向固有振型是连续倒塌中动力响应的主要参与振型;失效时间越短,结构最大竖向位移及惯性力越大;且失效时间小于竖向固有振型对应的自振周期时,动力响应受失效时间的影响最为显著;较高的材料屈服强度可有效降低结构的竖向振动位移,但也会引发底层柱承受较大的竖向惯性力;强化模量的改变对结构动力效应的影响并不显著。     

地震作用下结构拟静力分量对车桥系统动力响应的影响分析

在地震易发区域当地震发生时桥上正行驶列车的概率越来越大,然而地震作用下结构拟静力分量对于车桥系统动力响应影响的研究不足。将桥梁、车辆分别简化为等截面简支梁、簧上质量系统,建立耦合振动系统在多点地震作用下运动方程,将桥梁结构动力响应分解,推导出拟静力分量影响的精确表达式。在此基础上,给出耦合振动系统求解流程。以簧上质量系统通过32 m简支梁遭遇地震作用为例,进行结构拟静力分量影响规律研究。分析结果表明:1地震作用下车桥耦合振动分析考虑结构拟静力分量的影响需要输入地震位移、速度、加速度时程;2相对于桥梁子系统,结构拟静力分量对簧上质量系统影响较大,最大到16%,且该影响对于车速更加敏感;3忽略结构拟静力分量可能造成车桥动力分析结果出现较大偏差,这与结构抗震分析显著不同。     

速度脉冲激励作用下混凝土框架柱抗剪性能研究

研究等效速度脉冲地震作用下混凝土框架柱最不利抗剪性能。以混凝土框架结构底层柱为分析对象,采用等效正弦速度脉冲激励作为地震动输入,通过非线性动力时程分析,研究竖直和水平向联合速度脉冲地震作用对框架柱抗剪性能的影响,分析速度脉冲地震作用与竖向和水平向加速度峰值比、峰值输入时差、剪跨比以及基本振动周期等对抗剪需求和抗剪承载力的交互影响规律。结果表明：脉冲速度强度增大,框架柱抗剪需求增大;竖向与水平向峰值比增大,柱抗剪承载力减小。加速度峰值输入时差对柱的最不利抗剪性能有重要影响;剪跨比越大,速度脉冲的影响越显著。基于分析结果的非线性回归,建立了考虑速度脉冲及其交互因素影响的最不利剪力作用效应修正系数     

非一致激励对三塔自锚式悬索桥地震响应的影响

作为一种新型的桥梁结构形式,三塔自锚式悬索桥的静动力性能较传统双塔自锚式悬索桥更为复杂。由于其跨越能力较大,抗震分析中地震动空间效应通常不能忽略。以某三塔自锚式悬索桥为工程背景,根据实际场地条件拟合得到空间多点地震动时程,基于时程分析法研究了波传播效应、局部场地效应、失相干效应等地震动空间效应对三塔自锚式悬索桥地震响应的影响规律。研究结果表明:非一致激励会使得主塔内力增大、主塔索鞍抗滑安全系数下降、主塔纵向加速度和变形增大、主梁内力增大。因此,对于三塔自锚式悬索桥地震响应分析时应考虑多点非一致激励的影响。进一步研究表明,非一致激励对于各构件响应的影响程度不尽相同;即使对于同一构件,不同地震动空间效应的影响规律也相差较大。综上所述,非一致激励的影响规律十分复杂,需要后续更深入地探讨非一致激励对多塔悬索桥地震响应的影响机理。     

考虑行波效应的无砟轨道铁路桥梁纵桥向地震响应

为研究考虑行波效应的无砟轨道铁路桥梁纵桥向地震响应,选用某高速铁路连续梁及32 m简支梁桥作为研究对象,分别建立考虑轨道约束模型和传统全桥模型,基于绝对位移输入法(ADM),开展行波效应对两种不同抗震体系(延性及减隔震)铁路桥梁地震响应的影响分析。研究结果表明:对于延性抗震体系,行波对墩底曲率的影响表现为行波对结构反应更有利;对减隔震体系,行波对墩底内力的影响不及延性抗震体系明显。两种抗震体系中,墩梁相对位移的变化应予以考虑,防止邻梁碰撞现象。行波效应对轨道系统的影响应重点关注,避免其轴力过大发生扭曲。不同视波速下,简支与连续梁上的剪力齿槽水平剪力分配呈现此消彼长的现象,简支梁上剪力齿槽抗力应加强设计。行波中的拟静力成分对轨道系统地震响应的贡献显著,动力成分主导桥墩地震响应,两者共同决定总地震响应。     

三维风场各分量对定日镜动态响应的影响研究

针对定日镜抗风设计过程中仅考虑纵向风而忽略竖向风和横向风对结构响应的问题,提出利用不同方向上的脉动风压功率谱和AR模型进行三维脉动风场的时程模拟,并将平均风荷载和脉动风荷载共同作用在建立的定日镜有限元模型上,通过对5种典型位置状态下定日镜的动力特性和风致动态响应分析得到风场各分量荷载对结构的影响。研究结果表明:在定日镜前5阶自振频率范围内,竖向和横向脉动风可能会引起结构的共振响应;定日镜在工作位置时的位移风振系数较小,可以仅考虑纵向和竖向风对其动态响应的影响;定日镜在避险停放位置时的位移风振系数较大,需同时考虑纵向、竖向和横向风对其动态响应的影响。     

输电塔线体系在摇摆地震动作用下的动力稳定性分析

为探究摇摆分量对输电塔线体系动力稳定性能的影响,以一实际输电塔为原型进行了动力时程分析,其中摇摆地震动采用改进的谱比法由地震平动中获取;根据增量动力分析(incremental dynamic analysis, IDA)方法结合B-R准则,分别对塔线体系在水平地震作用、水平-摇摆耦合地震作用和水平-竖向-摇摆耦合地震作用下的动力稳定性能进行分析。研究结果表明：摇摆分量及其引起的附加P-Δ效应会使输电塔线体系产生非对称振动,结构发生偏离平衡位置的单向偏移,从而导致塔线体系较仅考虑水平地震作用,更易动力失稳;重力和竖向地震响应下共同的二阶效应,放大了摇摆分量对结构动力稳定性能的影响,加剧输电塔线体系动力失稳破坏;发生动力失稳破坏时,薄弱区域主要集中于塔身中下部,杆件失效使塔身局部变形过大,导致塔线体系发生整体动力失稳。     

动力失稳的拟静力刚度准则与能量判别准则

以可模拟非线性保守结构体系的一个计算模型为例,重点分析、对比了判别结构动力稳定性的拟静力刚度准则和能量判别准则。拟静力刚度准则依靠切线刚度非正定判定结构发生动力失稳可能导致误判。能量判别准则适用于具有屈曲后不稳定平衡路径的结构,利用屈曲后不稳定平衡路径上鞍点处的总势能作为动力失稳临界能量,结构总能量超越临界能量则判定为动力失稳。振动极值位移随荷载变化的曲线可以作为一种动力平衡路径,在接近临界荷载时,荷载的微小增量会导致结构振动极大位移显著增大,最终在临界点发生跃越失稳。