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。     

中承式钢管混凝土拱桥弹塑性地震时程分析

借助ANSYS软件,采用动态增量法IDA(Incremental dynamic analysis)方法,以Elcentro波为基本地震波,对一大跨中承式钢管混凝土拱桥进行了不同峰值加速度地震作用下的三维弹塑性时程分析。引入包括拱肋节点位移、位移延性系数及应变能在内的多个响应指标,并依据B-R准则最终确定了本文算例在地震作用下的动力稳定极限承载力,研究了大跨钢管混凝土拱桥的抗震性能及其在强震作用下的破坏机理,对大跨钢管混凝土拱桥的抗震设计给出指导。研究表明,大跨钢管混凝土拱桥在强震作用下的动力破坏是结构位移和塑性发展共同作用的结果,结构位移最大处发生于拱顶附近,塑性发展程度最深的杆件位于拱脚附近,峰值加速度对于结构构件进入弹塑性工作阶段后的变形能力无显著影响;并得出评价分析大跨钢管混凝土拱桥抗震性能及其在大震作用下的破坏机理时采用刚度、延性等多项指标更为必要和全面的结论。     

大跨度钢管混凝土拱桥非线性地震响应分析

研究了大跨度钢管混凝土拱桥在同步激励和多点激励作用下的非线性地震响应特性及主要影响因素。采用时程分析法计算了大跨度钢管混凝土拱桥的非线性地震响应,研究了几何非线性对结构地震响应的影响,探讨了恒载内力和构型、多点激励效应等因素对大跨度钢管混凝土拱桥非线性地震响应特性的影响,结果表明结构的几何非线性性质对大跨度钢管混凝土拱桥的地震响应有较大影响。     

钢管混凝土拱桥拱肋抗震能力评估方法

钢管混凝土（CFST）拱桥的抗震能力取决于拱肋抗震能力,为了准确地评估CFST拱桥拱肋的抗震能力,提出基于CFST截面屈服状态的评估方法,把拱肋截面屈服状态分为5个阶段,并结合N-M曲线得出抗震能力评估区域。采用地震反应时程分析方法计算地震效应,对CFST拱桥拱肋的抗震能力进行评估,以南宁永和大桥为工程背景进行拱肋的抗震能力评估。得出以下结论：拱顶和拱脚为最危险的截面;7度地震作用下拱肋的大部分仍处于Ⅰ阶段;8度地震作用下拱肋的大部分截面已处于Ⅱ阶段,只有少数截面仍处于Ⅰ阶段;9度地震作用下拱肋的大部分截面已处于Ⅱ阶段,少数截面已处于Ⅲ阶段。基于截面屈服状态的方法是抗震能力评估的一个有效方法。     

钢骨-钢管混凝土框架结构抗震性能比较

运用SAP2000有限元分析软件对钢骨-钢管混凝土框架结构进行模态分析和地震响应弹塑性时程分析,并结合8层钢管混凝土框架结构和钢骨-钢管混凝土框架结构工程进行比较。结果表明：不同地震波作用下,钢骨-钢管混凝土框架结构层间位移最大值、顶层的最大层间位移角、水平向加速度峰值及基底剪力最大值均小于钢管混凝土框架结构,其抵抗水平地震作用的能力优于钢管混凝土框架结构,对地震的响应弱于钢管混凝土框架结构,对地震的迟滞作用好于钢管混凝土框架结构。     

碳纤维布加固古建筑木结构基于结构潜能和能量耗散地震破坏评估

为了评估古建筑木结构加固后的抗震性能以及研究加固结构在各工况地震作用下的破坏过程及对应的破坏状态,基于碳纤维布加固燕尾榫柱架和枓栱铺作层低周反复荷载作用下的滞回特性和能量耗散原理,计算了两耗能元件在低周反复荷载作用下的“抵抗破坏潜能”;借助碳纤维布加固古建筑木结构振动台试验,计算了各工况地震作用下每一耗能元件所耗散的能量,基于构件的“抵抗破坏潜能”和各工况下的地震耗能建立了耗能元件在不同地震作用下的地震破坏评估模型,并借助能量分配系数找出了各耗能元件破坏状态与整体加固结构破坏状态之间的关系,建立了整体加固结构在不同地震作用下的破坏评估模型。应用该地震破坏评估模型,定量计算了碳纤维布加固燕尾榫柱架和枓栱铺作层、整体加固结构在各工况地震作用下的破坏系数,并基于破坏程度,得出了整体加固结构不同破坏系数对应的结构不同震害等级。研究结果可为碳纤维布加固古建筑木结构的震前破坏预测和震后加固古建筑木结构的保护再修复提供可靠的理论依据。     

钢管混凝土拱桥上部结构综合评估方法

为了合理地确定钢管混凝土拱桥上部结构的养护、维修加固方案,考虑钢管混凝土拱桥上部结构的结构特点对其缺损状态综合评价方法进行研究。通过建立缺损钢管混凝土拱桥上部结构多层次评估模型,研究模型中各元素的建议初始权重;构造正态关联函数计算确定无下属层元素评价指标与相应各评价等级的关联度,并考虑指标层及以下层各元素的缺损状态进行权重修正计算;同时与《公路桥涵养护规范》统一,采用关联度及部件评定标度共同表征桥梁的缺损状态。提出针对钢管混凝土拱桥上部结构的评价指标体系和成套评估方法。提出方法较准确评价钢管混凝土拱桥技术状态,为桥梁养护、决策提供科学依据。     

钢管混凝土拱桥上部结构综合评价方法

为了合理地确定钢管混凝土拱桥上部结构的养护、维修加固方案,考虑钢管混凝土拱桥上部结构的结构特点对其缺损状态综合评价方法进行研究.通过建立缺损钢管混凝土拱桥上部结构多层次评估模型,研究模型中各元素的建议初始权重;构造正态关联函数计算确定无下属层元素评价指标与相应各评价等级的关联度,并考虑指标层及以下层各元素的缺损状态进行权重修正计算;同时与《公路桥涵养护规范》统一,采用关联度及部件评定标度共同表征桥梁的缺损状态.提出针对钢管混凝土拱桥上部结构的评价指标体系和成套评估方法.提出方法能较准确地评价钢管混凝土拱桥技术状态,为桥梁养护、决策提供科学依据.     

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.     

方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点地震损伤模型研究

为研究方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点在地震荷载作用下的损伤破坏机理,对比分析现有双参数地震损伤模型,根据方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点的破坏特征,选取最大非弹性变形和累积滞回耗能建立能反映结构性能退化和累积损伤的地震损伤模型,对节点失效破坏进行定量评估。该模型在如下所研究参数范围内可较好地反映方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点在极限状态下的地震损伤情况:f_y:393~526 N/mm~2,f_(cu):53.4~73.4 N/mm~2,t:6~12mm,ξ_p:1.5~3.4,h_(slab):0~120 mm,n:0~0.8,h/B:0.7~2.0。结果表明,该模型具有实用性,可为工程设计提供实际依据。     

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.     

“5·12”汶川地震典型桥梁震害分析

针对“5·12”汶川地震中公路桥梁破坏严重,且破坏形式在映秀一北川断裂带南北两段出现了显著差异的情况,从震源机制、断裂带运动方式和桥梁结构本身特点等方面分析了产生这一差异的原因;并在汶川地震典型的桥梁震害分析的基础上,对强震区梁桥和拱桥的抗震设防提出了一些建议。结果表明：在断裂带南段由于地震释放能量巨大,断层逆冲作用显著,桥梁结构在强大竖向和水平地震力的共同作用下出现了桥墩、拱圈断裂导致的结构垮塌等强度失效型破坏;在断裂带北段断层右旋走滑作用显著而逆冲作用微弱,桥梁结构在剧烈的地面水平错动下出现了上部结构的落梁和双曲拱的垮塌等位移型破坏。     

地震动强度及近断层速度脉冲峰值对简支板桥地震响应影响

地震动强度和近断层速度脉冲峰值均为导致桥梁结构震害的主要原因。与其他桥型相比,简支板桥在地震中更容易发生破坏和损毁。作者以在2008年汶川地震中出现严重破坏的高原大桥（预应力混凝土简支空心板桥）为研究背景,探讨大桥所处场地的人工边界分别为自由边界、固定边界、黏弹性边界和黏弹性+阻尼层边界时对计算结果精度、计算效率等的影响。通过ABAQUS建立包含高原大桥及其场地的整体有限元模型,人工边界采用黏弹性+阻尼层边界,并以地震波加速度峰值作为地震动强度指标和人工合成近断层速度脉冲型地震波,分析地震动强度、近断层速度脉冲峰值对简支板桥地震响应影响程度。结果表明：人工边界为黏弹性+阻尼层边界时,可有效减弱边界处的反射效应,计算结果精度基本能满足要求;近断层速度脉冲峰值对结构地震响应的影响比地震动强度更为显著;场地表面加速度峰值随地震动强度提高而增加;近河岸和存在基岩分界面易导致简支板桥局部结构的地震响应加剧;随地震动强度或近断层速度脉冲峰值或地震波位移峰值的增加,跨径变化峰值、相对滑移量和滑移峰值变大;近断层速度脉冲型地震波对桥梁的影响比无脉冲型地震波更为不利。     

铁路桥梁地震震害预测

统计了发生在唐山大地震中的 2 72座铁路桥梁的破坏概率。对唐山大地震和海城地震中 5 6座遭受地震破坏的桥梁按结构构造特征进行了分类 ,分析出各种构造特征对结构易损性的贡献率。描绘出了铁路桥梁在不同烈度地震作用下的破坏概率累积曲线。提出了一种简单的预测铁路桥梁地震震害的方法。     

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．     

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.     

钢管混凝土拱桥收缩次内力计算

针对管内混凝土收缩会在钢管混凝土超静定拱中产生次内力,根据钢管混凝土拱的结构特性,提出了2种钢管混凝土拱收缩次内力计算方法——解析法和有限元法,并采用这2种计算方法对9个钢管混凝土拱桥实例进行分析。结果表明：2种方法均可用于计算钢管混凝土拱桥的收缩次内力,但采用等效降温15℃～20℃的解析法计算得到的收缩次内力较采用有限元法直接计算的收缩次内力大了50％以上;若采用等效降温的解析法计算,等效降温值还有待于进一步研究。     

基于ANSYS的钢管混凝土拱桥吊杆受火力学性能研究

高温下钢管混凝土拱桥力学性能易发生变化而丧失承载力。为对探求合理的防火设计方法提供支持,运用ANSYS热分析模型开展钢管混凝土拱桥吊杆受火力学性能研究。通过数值模拟与试验数据对比验证ANSYS热分析模型的合理性,在此基础上分析吊杆受火对钢管混凝土拱桥桥面、拱肋线形及吊杆内力影响。研究表明:吊杆受火对距其30 m以内的桥面变形及吊杆轴力影响较大。本文研究可为此类桥梁防火设计及灾后修复提供借鉴与参考。