地震作用下基于需求能力比的大跨度CFST拱桥粘滞阻尼器减震效率分析

为了解地震作用下粘滞阻尼器对大跨度钢管混凝土拱桥的减震效果,以一座大跨度CFST拱桥为对象,采用SAP2000有限元软件建立全桥三维非线性动力分析模型,通过对比不同粘滞阻尼器参数下大跨度CFST拱桥易损部分需求能力比的变化,探讨地震作用下大跨度CFST拱桥粘滞阻尼器的减震效率及其合理设置参数。结果表明:在地震作用下,拱肋是大跨度CFST抗震最薄弱构件,其最易损部位位于两侧拱脚处;粘滞阻尼器对大跨度CFST拱桥的地震响应有较大影响,不同粘滞阻尼器参数下的减震效率差异较大;综合粘滞阻尼器参数分析结果,提出了该桥粘滞阻尼器最优设置参数的建议。     

中承式钢管橡胶混凝土拱桥抗震性能研究

文章研究了橡胶混凝土对钢管橡胶混凝土(RuCFST)拱桥抗震性能的影响。通过建立RuCFST拱桥的有限元模型,针对不同的橡胶含量对拱桥进行了模态和非线性动力时程分析,并基于变形-能量的双重破坏准则给出了拱肋地震破坏指数DI的计算公式,对拱桥进行了地震作用下的破坏评估。分析结果表明:钢管橡胶混凝土拱肋使拱桥的自振频率降低;在地震反应中,钢管受力增大,而核心橡胶混凝土受力减小;在0.2g加速度峰值的地震作用下,拱肋混凝土为NC、RuC5和RuC15时拱肋的破坏指数分别为0.156、0.145和0.170,拱肋混凝土橡胶含量为5%时拱桥的抗震性能较好。     

大跨度CFST拱桥行波效应的地震反应分析

介绍了模拟地震反应地面运动的大质量法，并用大质量法和拱脚固定法在有限元软件ANSYS里对大跨度钢管混凝土（CFST）拱桥地震反应进行分析：用大质量法对大跨度CFST拱桥进行考虑行波效应的地震反应分析，用拱脚固定法证明该法的准确性，并应用到南宁市一座正在施工的跨径为346m CFST拱桥中．通过分析得出了两种方法的结果是一致的，内力和位移的值相差不到0．2％，考虑行波效应时，相位差为0．6s到1．5s时最关键，主要截面内力和位移增大2—3倍，扭矩除圳截面外均较小．     

基于应力平衡法的系杆拱桥吊杆力的优化

针对系杆拱桥的特点,提出了基于应力平衡法的确定合理吊杆力的方法.该方法的思路是以恒载作用下拱肋的截面上下缘的应力为控制条件,从而给出恒载作用下拱肋截面应力和弯矩的可行域.提出单位荷载法,以恒载作用下拱肋截面弯矩的可行域为目标,以吊杆力为变量,采用最小二乘法原理,确定合理的吊杆力,并指出为加快收敛速度可采用拱肋的最小弯曲应变能原理确定吊杆力的初始值.通过一算例验证了该算法的可行性.研究表明:采用该法可以使得拱肋截面弯矩位于拱肋截面弯矩可行域内,可确定合理吊杆力,并能使整个拱梁组合结构的受力状态处于最优状态.     

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.     

双铰型上承式镰刀形拱桥关键构件受载性能研究

某双铰型上承式钢筋混凝土拱桥,外形呈镰刀形状,拱肋截面形式根据弯矩分布规律相应变化。建立空间有限元模型,分析了拱桥主要构件在关键施工阶段及成桥状态下的内力分布规律,并对该拱桥在施工过程中的应力状态及变形情况进行监测与控制。有限元计算及施工监测结果均表明,该桥内力分布均匀,有很好的刚度,各关键构件受载性能满足要求。拱肋除施工中体系转换时出现过拉应力外,其余均受压,应力在规范允许范围内,且拱轴弯矩较小,说明拱轴设计合理。该桥型在今后的工程实践中值得进一步推广。     

钢管混凝土拱桥日照温度应力分析

为研究日照作用下钢管混凝土拱肋截面温度自应力分布情况,以成贵铁路西溪河大桥为背景,利用有限元软件ANSYS建立了拱脚处实腹式拱肋截面及拱顶处哑铃型拱肋截面二维模型,并采用间接法对两类截面温度自应力进行数值分析。结果表明:拱肋截面关键测点温度计算值与实测值差别较小,截面各节点温度计算值可用作求解温度应力的荷载条件;14时截面温差最大,达到了23.19℃,为最不利温差;哑铃型截面应力分布与实腹式截面上弦管应力分布相似,钢管与混凝土截面交界处受压应力作用,核心混凝土受压应力作用。通过对复杂拱肋截面温度自应力的研究,为保障温度效应作用下钢管混凝土拱桥的安全性设计提供了一定的理论依据。     

设计参数对钢管混凝土系杆拱桥力学性能的影响分析

以中承式钢管混凝土系杆拱桥为计算实例,采用通用软件ANSYS建立了拱桥的有限元计算模型,通过改变其主要设计参数,对该类桥梁在恒载作用下的受力情况进行了对比分析,得出了不同矢跨比、拱轴系数、主拱拱肋含钢率等设计参数对拱桥各控制截面内力、应力、位移变化的影响规律.研究结果表明:改变矢跨比和拱轴系数对系杆拱桥在恒载作用下的内力有较大的影响,且对恒载作用下全截面弯矩的影响比对轴力的影响更为显著;改变钢管的壁厚对于主拱肋各控制截面的轴力、弯矩及应力影响不大.该计算结果可为优化同类桥型的设计提供参考.     

基于新规范的哑铃型拱肋徐变效应分析

针对钢管混凝土拱桥由于钢管内混凝土徐变导致的拱肋下挠和截面应力重分布问题,基于《公路钢管混凝土拱桥设计规范》(JTG-T D65-2015),考虑哑铃型拱肋截面的截面特性,计算新规范下的徐变系数,通过对一座152米钢管混凝土拱桥建立全桥的有限元模型,并与按原JTG D62-2004路桥规范中的徐变系数计算所得出的结果进行对比分析。结果表明:针对钢管混凝土的JTG-T D65-2015规范的徐变系数比针对普通钢筋混凝土的JTG D62-2004规范的徐变系数小。按JTG-T D65-2015规范计算的由徐变引起的拱肋下挠值比按JTG D62-2004规范计算所得值小10%左右,徐变引起钢管截面应力增大和混凝土截面应力减小,按JTG-T D65-2015规范计算得到的钢管应力增大值比按JTG D62-2004规范计算所得到的值小10%-15%左右。     

基于蒙特卡罗法的大跨钢管混凝土拱桥结构可靠度分析

以一座大跨钢管混凝土拱桥为例,采用Midas/civil程序建立了桥梁有限元模型,分析了大跨钢管混凝土拱桥拱肋、吊杆等主要构件承载能力极限状态下的作用组合值,并建立了各主要构件的功能函数表达式;基于MATLAB程序,采用蒙特卡罗法对大跨钢管混凝土拱桥各主要构件可靠度进行了分析。结果表明:在正常使用条件下,该大跨钢管混凝土拱桥拱肋、吊杆等主要构件承载能力极限状态下的可靠度指标均大于5.2,满足规范目标可靠度要求;相比而言,吊杆可靠度指标最低,拱肋次之,而横梁、立柱和桥面板的可靠度较高。     

斜靠式钢箱系杆拱桥成桥索力检测及稳定性分析

为研究斜靠式钢箱系杆拱桥（5片拱肋）的稳定性，依托引江济淮工程下承式斜靠拱桥——创新大道桥，对成桥后的斜靠拱桥进行吊杆索力检测；并建立考虑几何及材料非线性的斜靠式钢箱系杆拱桥有限元模型，借助索力检测数据分别与设计索力值和模拟值对比分析，前者评价桥梁吊杆整体张拉控制效果，后者验证斜靠拱桥模型的可靠性；进而对该斜靠式系杆拱桥的稳定性进行了研究。结果表明：实测值与设计值最大误差为3.91%，该斜靠式拱桥吊杆整体张拉控制效果较好；实测值与模拟值最大误差为0.63%，验证了模型的可靠性。其次，施工全过程拱桥结构的稳定系数满足工程要求；斜靠钢箱拱对下承式系杆拱桥稳定性提升程度为72%，斜靠式系杆拱桥的弹性稳定性能高低取决于拱肋面外失稳出现的难易程度，初始几何缺陷对斜靠式系杆拱桥的稳定承载力影响较大；斜靠拱和风撑两者协同工作能显著提高结构稳定承载力。最后给出该类系杆拱桥的设计建议，为同类工程施工和设计提供参考。     

基于增量动力分析的隧洞结构抗震性能评估

近年来随着地震灾害的频繁发生,强震区的地下结构屡屡遭受破坏。长大隧洞作为中国实施西部大开发战略的重要基础工程,其抗震安全问题尤为突出。通过引入增量动力分析（IDA）,结合地震易损性分析方法,提出基于损伤系数指标的隧洞结构抗震性能评估方法。该方法以震后衬砌结构特征部位的损伤系数为性能参数,以地震峰值加速度为强度参数,并建议了适用于隧洞结构抗震安全评价的5级震害划分标准和4级抗震性能水平。针对某隧道工程实例,通过大量非线性动力时程计算,得到了各抗震性能水平下衬砌结构特征部位的地震易损性曲线,进而分析了不同抗震设防水准下衬砌结构发生破坏的概率。结果表明：在8度多遇地震作用下,衬砌结构基本无破坏;在8度设防地震作用下,拱腰处于基本完好状态的概率为87.6%,处于轻微破坏状态的概率为10.72%;在8度罕遇地震作用下,拱腰处于轻微破坏状态的概率为68.7%,处于中等破坏状态的概率为20.8%。在横向和竖向地震动输入下,衬砌结构特征部位的抗震性能由小到大依次为拱腰、拱肩、拱脚、顶拱和仰拱,拱腰、拱肩和拱脚为抗震设计的薄弱部位。该方法较好地考虑了地震动的随机性,可为隧洞结构抗震安全评价提供一种有效思路,研究成果也能为隧洞结构的抗震减震设计提供参考。     

基于ETA模型的配筋措施对于高拱坝变形损伤指标的影响

混凝土拱坝在不同强度超载地震作用下的动力响应,对拱坝抗震裕度评估有着深远的影响,如何评价配筋措施的效果成为一个重要问题。基于耐震时程分析（ETA）法,研究了不同地震强度下,高拱坝是否采用配筋抗震措施对于坝体损伤变形指标的影响。首先对ETA方法、坝体材料本构、横缝模型以及地震动输入方法进行了介绍。然后分别建立了高拱坝采用配筋抗震措施和未采用配筋抗震措施拱坝的数值模型,同时基于ETA方法生成不同地震强度的耐震时程。分析在不同地震强度下,高拱坝是否采用配筋抗震措施的损伤分布、横缝开度以及变形等响应,提出了高拱坝损伤体积比、平均横缝开度以及拱冠梁变形等坝体损伤变形指标。通过对比高拱坝配筋和未配筋的情况下得出的动力响应指标,研究配筋措施对高拱坝响应以及损伤变形指标趋势、相关性以及离散性的影响。计算结果表明:在不同的地震动强度条件下,配筋措施对减小高拱坝的整体损伤是有效的,对横缝开度及位移影响有限,配筋措施可以减小地震随机性导致的损伤变形指标离散。同时,归一化的损伤变形指标表明损伤变形指标有一定的相关性。     

钢管混凝土拱桥地震破坏模糊评估方法

为了掌握钢管混凝土拱桥在地震后损伤和破坏情况,根据钢管混凝土拱桥各部件结构构造和受力特征,建立各个部件的杆件的基于变形或强度和能量的双重破坏评估模型,利用有限元法计算钢管混凝土拱桥非线性地震反应,研究基于模糊理论和层次分析法的地震破坏模糊评估方法。通过一座大跨钢管混凝土拱桥工程应用,由钢管混凝土拱桥的地震破坏模糊评估可知,在加速度峰值为0．1、0．2、0．4和0．8g的地震作用下,整桥的破坏指数分别为O．150、0．152、0．172和0．318,说明在峰值为0．4g的地震作用下桥梁为轻微破坏,在0．8g的地震作用下,为中等破坏。     

大跨度连续刚架拱桥的地震响应研究

广州新光大桥是世界上第一座三跨连续钢桁拱与钢筋混凝土V型刚构结合的钢-混凝土组合体系桥梁,主桥跨度为(177 428 177)m.以广州新光大桥为例,研究地震动空间变化对大跨度连续刚架-拱组合体系桥梁地震响应的影响.地震空间效应变化考虑了桥梁支点间横桥向和顺桥向多点激励和行波效应,研究结果表明:在不同的地震激励下桥梁的地震响应特征截然不同,地震动的空间变化对主拱肋、V型刚架的影响很大,而对边拱肋的影响相对较小;且随着剪切波速增加,主拱顶相对拱脚的纵桥向位移逐渐减小,而边拱拱顶的纵桥向位移基本不受剪切波速的影响.     

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.     

钢管混凝土拱桥拱肋吊装中扣索调整仿真计算

讨论了拱肋吊装过程中扣索调整的计算问题,综合迭代模拟计算和扣索垂度修正等方法来模拟吊装计算中的扣索调整.实现了拱肋吊装预测计算中对扣索张拉操作的模拟,并给出了扣索调整计算的基本框架.通过工程实例验证了该方法可用于钢管混凝土拱桥拱肋吊装过程中,计算任意一个节段的扣索调整,最终可使拱肋线型满足设计精度要求.     

基于拱冠位移的拱坝地震易损性

选取一系列地震波对同时考虑材料非线性和横缝非连续接触的拱坝进行大量的动力时程分析,以拱冠最大位移为响应参数定义3个性能水准,结合通过结构反应回归分析得到的概率地震需求模型,建立在地震作用下基于拱冠位移的拱坝易损性曲线,比较不同地震动参数表示下概率地震需求模型以及易损性曲线的区别.利用易损性曲线计算拱坝在不同大小地震作用下处于各级性能水准的概率,为基于性能的拱坝抗震安全评价提供了理论依据.     

高拱坝承载能力研究

高拱坝的破坏机理及最终承载力是高拱坝设计中的关键问题.总结了近年来高拱坝承载能力的分析成果,提出研究高拱坝的承载能力较之中低拱坝具有更重要的意义,分析了弹塑性有限元法和塑性极限分析法共同用于高拱坝承载能力计算的合理性,讨论了超载方式对承载能力的影响,分析了拱坝发生破坏的判别依据以及建议根据拱坝对应的弹性状态、开裂状态和极限状态分别求其安全度.