大跨度钢管混凝土拱桥地震响应分析

利用有限元法建立大跨度钢管混凝土拱桥的结构模型,计算其自振性能,应用时程分析法,计算该桥考虑吊杆张力和拱肋初始应力影响的动力特性和地震响应,并与不计吊杆张力和拱肋初应力影响的桥梁动力特性和地震响应进行了比较,分析了该拱桥的结构抗震反应.结果表明,初始应力对于拱肋的力学性能影响不大,并满足设计要求,本桥抗震性能良好.     

长周期地震动下大跨斜拉桥随机地震反应对比

长周期地震动下大跨桥梁的抗震性能研究备受关注。以某超大跨斜拉桥为研究对象,建立ANSYS三维有限元模型,利用改进虚拟激励法,进行长周期和普通地震动作用三向激励下对比分析。结果表明:两类地震动三方向激励对该桥响应特性的影响规律大体相同,且长周期地震动作用下该斜拉桥的内力和位移响应明显大于普通地震动下的响应值。     

考虑行波效应下大跨度钢拱桥的地震反应分析

以一座主跨为260m的中承式钢拱桥为实例,采用大质量法实现行波效应下的多点激励,对该桥进行了考虑行波效应下的地震反应分析.选取5组截面,探讨了考虑行波效应时不同相位差对该桥地震反应的影响,并与一致激励地震动输入下桥梁的地震反应进行了对比分析.结果表明:考虑行波效应比一致激励作用下该桥的地震反应有增大的趋势,当相位差最大为5.2 s时,5组截面中竖向位移、轴力和横向弯矩峰值分别是一致激励下的10.9、6.5和5.1倍,并且在考虑行波效应时随着相位差的减小,结构的位移和内力均呈现减小的趋势.在大跨径桥梁抗震设计中应考虑行波效应的影响.     

基于响应面法的复式钢箱提篮拱地震可靠度分析

地震可靠度是桥梁抗震研究中的重要问题.基于随机分析的响应面理论和规范反应谱法,提出了一种分析具有随机结构参数的桥梁地震可靠度的方法,研究了复式钢箱提篮拱桥在地震激励下,结构设计基准期内的可靠度.分析时考虑了结构参数和场地土的随机性,分别计算了钢箱提篮拱桥主、副拱肋在多遇地震、设防地震和罕遇地震作用下的失效概率,得到了主、副拱肋在设计基准期内,按规范"三水准设防标准"条件下的地震可靠度.计算结果表明,该桥设计满足抗震规范要求.     

地震作用下斜靠式拱桥的动力稳定性

以某钢管混凝土斜靠式拱桥为研究对象,基于Lyapunov运动稳定性原理,给出斜靠式拱桥的动力稳定性判断准则.通过地震时程响应和屈曲分析,绘制斜靠式拱桥在顺桥向、横桥向及竖向地震激励下的动力特征值时程曲线,描述斜靠式拱桥的动力失稳模态,揭示地震输入方向及稳定拱肋倾角对斜靠式拱桥动力稳定性的影响规律.研究表明,地震荷载作用下斜靠式拱桥动力稳定性的最不利激励方向为竖向;随着稳定拱肋倾角的增大,斜靠式拱桥的侧向刚度显著提高,动力稳定系数基本呈增大趋势.     

拱肋截面变化对刚性系杆拱桥受力性能影响分析

以一跨度为96 m刚性系杆拱桥为实例,建立拱肋不同变截面模型,探讨了拱肋截面变化幅度对该体系桥梁的受力性能影响.分析结果表明:拱肋变化对其自身变形、应力等受力性能影响较大,对结构动力特性及稳定性影响也较大,对系梁影响相对较小;分析表明:在跨度100m左右刚性系杆拱桥中,对于连续变截面拱肋,拱顶与拱脚处面积之比在5/6时...     

刚架拱桥荷载横向分布系数研究

结合刚架拱桥的结构特点,应用大型通用结构分析程序ANSYS建立其空间结构分析模型,利用挠度法求出各计算点的荷载横向分布系数,根据计算结果绘制各种图表,其结果表明刚架拱桥荷载横向分布系数沿桥纵、横向的变化规律不同,采用单一的跨中荷载横向分布系数计算时,将与实际产生较大的偏差;总结刚架拱桥简化计算时荷载横向分布系数的基本取值原则:实腹段梁和中腹孔梁以及主拱腿(含拱脚)可取次边拱片的跨中荷载横向分布系数进行计算;边腹孔梁可偏安全地取中间拱片支点按杠杆原理法求得的荷载横向分布系数进行计算.     

不同场地条件地震作用下曲线桥振动台试验

为研究不同场地条件地震对曲线桥结构响应的影响,以一座5%纵坡的曲线桥为研究对象,设计了缩尺比例为1∶10的曲线桥缩尺模型,选取不同场地条件的地震波进行了振动台试验.研究结果表明:场地条件对曲线桥结构响应的影响显著,从Ⅰ类到Ⅳ类场地,曲线桥结构响应逐渐增大,双向地震激励下结构响应较单向激励显著;主梁结构响应具有空间性,顺桥向地震激励时,主梁平动的同时沿固定墩产生转动,横桥向地震激励时,主梁则以平动为主;曲线桥结构响应与曲线桥和主震方向的相对位置有关,平行于主震方向时,切向位移显著,垂直于主震方向时,径向位移更加敏感;桥墩位移方向与地震激励方向夹角越小,相应的位移响应越大.墩高越高,桥墩位移的放大作用越显著,固定墩切向位移对地震响应比较敏感;当曲线桥平行于主震方向单向激励时,低墩处支座容易脱落,双向激励和垂直主震方向时,高墩处支座容易脱落,在曲线桥抗震设计分析中应予以重视.     

近断层方向性效应地震作用下曲线梁桥试验

为研究近断层方向性效应地震对曲线梁桥的影响,以一座曲线梁桥为研究对象,设计制作了缩尺比例为1∶10的全桥物理模型,选取破裂前方区域(forward region,FR)、破裂区域(middle region,MR)和破裂后方区域(backward region,BR)地震动,进行地震动模拟振动台试验。试验结果表明:FR地震动和MR地震动作用下曲线桥地震响应较BR地震动显著;单向激励时,MR地震动作用下结构响应明显,双向地震激励时,结构响应则和曲线桥与破裂方向相对位置有关;曲线桥垂直于破裂方向单向激励时,主梁绕固定墩产生水平转动,双向地震激励时,FR地震动和MR地震动作用下主梁的转动效应较BR地震动显著;相对于BR地震动作用,FR地震动和MR地震动对桥墩切向位移的放大作用大于径向位移的放大作用;曲线桥垂直于破裂方向时,主梁更容易产生转动,使得支座位移响应和梁端位移响应在低墩处显著,在抗震设计时,应合理分析避免支座脱落或落梁.     

斜靠式拱桥施工阶段静力性能分析

采用空间有限元方法建立平顶山市城东河路湛河斜靠式拱桥施工阶段受力分析的空间有限元计算模型,通过对拱肋的浇筑以及拱架卸架过程中的内力和位移、吊杆张拉顺序的计算,给出了各施工阶段桥梁构件应力和位移、吊杆索力等随施工阶段变化的规律:拱肋主要承受压力,弯矩较小;由于系杆梁预应力的作用,系杆梁全跨受压;吊杆索力分布比较均匀,对桥面系的线形控制作用比较明显;各混凝土构件总体处于受压状态,桥梁设计最大压应力小于材料容许应力,具有较大安全储备,桥梁的变形均在设计规范规定范围之内,表明该桥梁施工方案合理.计算结果已为该桥的施工监控提供参考.     

高墩大跨度刚构桥悬臂施工阶段与成桥地震反应对比

在中国西部地震危险性较高的地区,建造了许多高墩大跨度的预应力混凝土连续刚构桥。一般采用悬臂施工技术,但其施工周期较长,可能在建设中遭受地震。为探究强震下处于悬臂施工过程阶段的刚构桥主梁及桥墩可能发生的震害,以经历汶川地震考验的庙子坪大桥为研究背景,建立了最大悬臂T构、边跨合龙后非对称单悬臂T构及成桥连续刚构阶段3种结构体系,以模拟悬臂施工从静定—单次超静定—多次超静定的转换过程。选取桥址附近台站实测的汶川强震动记录进行时程分析。结合成桥阶段庙子坪大桥的实际震害结果,对比强震下3种体系主梁应力及桥墩内力。结果表明：与成桥阶段相比,强震下处于最大悬臂阶段的墩梁固结处顶板、腹板同样容易开裂,但其它大部分位置不易开裂;处于边跨合龙阶段的边跨合龙段处顶板、底板,边跨1/5—2/5区域腹板,及墩梁固结处顶板、腹板的应力均较大,同样容易开裂,但中跨反而不易开裂;虽然两个施工阶段桥墩中高位置处纵桥向弯矩是成桥阶段的两倍以上,但不易开裂;墩顶、墩底易开裂,与成桥反应一致。建议施工期的A类连续刚构桥抗震重要性系数取0.76。     

混凝土拱桥拱上建筑轻型化研究

制约混凝土拱桥向更大跨度发展的主要问题是结构自重大和施工架设困难。为提高混凝土拱桥的竞争力和促进该桥型的进一步发展,以420 m跨径的重庆万州长江大桥为工程背景,通过桥道系连续化和采用组合结构代替原有混凝土结构等方式来进行混凝土拱桥拱上建筑轻型化研究。与原设计在静力性能和地震响应分析的比较结果表明,桥道系连续化对减轻拱上建筑结构自重的效率较低,其静力性能与抗震性能提高也不大;而采用组合结构可使得拱上建筑结构自重减轻35%,拱脚轴力和弯矩分别降低了16%和17%,三向地震作用下的拱脚横向弯矩和拱顶横向位移分别减小了13%和18%,拱脚纵向弯矩、轴力分别降低了45%和44%,具有可行性。     

考虑桥墩轴力变化影响的刚构桥近场地震反应

为了分析刚构桥梁顺桥向近场地震反应特性,通过对远场地震时程叠加三角函数拟合速度脉冲的方法模拟近场地震动,根据纤维及塑性铰2种计算模型在近场地震作用下弹塑性地震反应计算结果讨论地震动脉冲对中等规模刚构桥梁地震反应的影响.结果表明,刚构桥梁在地震作用下桥墩轴力变化较大,采用纤维模型计算时桥墩地震反应较大|近场脉冲型地震激励下,桥梁地震反应与脉冲持时有关,短周期脉冲对本桥地震反应影响较大.采用叠加速度脉冲的方法模拟近场地震是可行的方法.     

三跨飞燕式异型钢管混凝土拱桥模型振动台试验

利用多子台积木式模拟振动台台阵系统对一座三跨飞燕式异型钢管混凝土拱桥1∶16模型进行了动力试验,主要完成了纵向、横向、竖向、横向+纵向和横向+竖向一致地震动输入和行波输入的对比试验,得到了该结构的加速度、位移、应变及索力响应及其规律,为评价此钢管混凝土拱桥在地震作用下的抗震性能及为今后类似结构的抗震设计提供了试验数据和依据.     

千岛湖南浦大桥地震响应研究

以千岛湖南浦大桥为例,研究了钢管混凝土拱桥在地震作用下的动力响应.应用有限元软件MIDAS/Civil建立了有限元模型,采用动态时程分析方法,计算了纵向、横向和竖向地震作用下结构的位移和内力,并考虑了改变地震波输入角度对结构的影响.计算分析表明：该桥梁体系偏柔,需要加强横向刚度,不能忽略竖向地震作用对结构的影响,且需考虑地震波的最不利输入方向,其分析结果可供此类桥的设计与施工参考.     

考虑结构-水相互作用的连续刚构桥水平地震反应分析

以三水二桥为实例,采用结构有限元法对具有单肢薄壁墩的连续刚构桥进行水平地震反应分析,分析时考虑了桩-土相互作用和结构-水相互作用以及不同水深对结构地震反应的影响。计算结果表明：桩-土相互作用和结构-水相互作用对该种连续刚构桥的抗震是不利的;按反应谱法计算所得桥墩的横向内力较大,按时程分析法计算所得主梁内力和桥墩的纵向内力较大;连续刚构桥抗震设计时应采用反应谱法和时程分析法相结合进行分析,所得的成果和分析结论可供同类桥抗震分析参考。     

考虑墩-梁碰撞效应的连续刚构桥系统易损性 与概率地震风险性分析

为研究连续刚构桥主梁与过渡墩碰撞效应对其地震系统易损性和概率地震风险性的影响,以一座主桥跨径为(120+220+120)m的连续刚构桥为研究背景,先通过模拟实际施工过程以获得真实成桥内力状态,然后基于等效荷载法建立考虑该内力状态的动力弹塑性分析模型,再采用Hertz-damp接触模型着重考虑包括主梁与过渡墩碰撞在内的伸缩缝处碰撞效应。选取90条具有速度脉冲的脉冲型近断层地震动沿纵桥向输入,通过时程分析解释了墩梁碰撞过程和破坏机理;采用增量动力分析法,通过考虑桥墩和支座权重系数建立全桥的复合系统易损性曲线,并与一阶界限法串联模型下限和并联模型上限系统易损性曲线进行对比,还将场地危险性函数与易损性函数卷积从而建立概率地震风险曲线,进而考察桥梁系统易损性和概率地震风险性,以及墩梁碰撞效应的影响。结果表明：若忽略过渡墩与主桥梁体的碰撞效应,过渡墩的位移反应将会低估3~5倍,其地震风险性概率低估120%,当地震动强度为0.2g~0.6g时轻微破坏和中等破坏的损伤概率被低估了35%~80%,地震动强度为0.6g~1.5g时严重破坏和完全破坏分别被低估了13%~68%和15%~59%。     

横桥向地震作用对钢拱桥地震损伤发展的影响

为了研究横桥向地震作用对钢拱桥结构地震损伤发展的影响,以一座实际中承式钢拱桥为对象,建立考虑损伤区局部变形影响的全桥混合有限元（FE）模型. 通过对结构进行不同峰值加速度地震作用下的弹塑性地震反应计算,对比分析在空间三维地震作用和仅在桥梁面内地震作用下钢拱桥的损伤发展情况. 结果表明,横桥向地震动输入虽然不改变钢拱桥面内的位移时程响应及地震塑性损伤区域的分布位置,但会增大钢板发生局部变形的程度并加速焊接节点超低周疲劳损伤的发展,从而增大结构发生局部失稳破坏和超低周疲劳破坏的可能性. 在钢拱桥的抗震设计中宜同时考虑3个方向的地震作用,以确保结构的抗震安全.     

竖转施工刚构拱桥转动铰接触应力有限元分析

转动铰是连接刚构拱桥拱座与拱肋的临时施工构造措施,在放张式竖转合拢过程中,转动铰是全桥转体施工成功与否的关键。通过对八字型刚构拱桥竖转施工过程的接触有限元模拟,研究了转动铰的局部应力分布,分析了转动铰的结构力学性能。实体工程分析表明:转动铰结构整体处于较低的应力状态,局部存在应力集中现象,可通过加强局部构造措施,保证转动铰整体力学性能满足竖转施工的安全性要求。