采用新型辅助墩的超大跨斜拉桥顺桥向损伤控制新体系研究

以一座试设计斜拉桥为例,采用动力弹塑性时程分析并以Park损伤指数、位移作为评价指标,研究采用辅助墩的斜拉桥顺桥向结构体系的抗震性能,并探讨不同型式桥墩对其抗震性能和损伤控制效果的影响。结果表明:采用新型辅助墩的超大跨斜拉桥顺桥向结构体系具有更好的抗震性能和损伤控制效果,且具有分层耗能机制,即附加的耗能构件可有效减缓辅助墩的地震损伤,辅助墩又可有效减缓主塔的地震损伤;附有剪切连杆的新型桥墩的抗震性能优于传统型桥墩,剪切连杆不仅可提高桥墩的刚度,而且可有效减小其地震损伤,起附加耗能作用。     

地震作用下独塔斜拉桥合理约束体系

为了确定在一致地震作用下独塔斜拉桥的合理抗震约束体系,本文首先对独塔斜拉桥在纵桥向和横桥向约束体系的传力机理进行了研究,然后以松花江大桥为研究对象,采用非线性时程分析方法,分析了墩、梁以及塔梁的纵向约束体系和横向约束体系对独塔斜拉桥地震反应的影响.分析表明,考虑支座滑动摩擦能显著减少独塔斜拉桥主梁和主塔的纵向位移,降低塔底的弯矩;由于独塔斜拉桥的主塔在横桥向对主梁的强大约束作用,边跨过渡墩和辅助墩的横向约束体系与主跨主梁的横向约束体系相互影响很小.     

预制拼装桥墩地震易损性分析

为研究灌浆波纹管连接和带榫头的灌浆波纹管连接两种预制拼装桥墩的抗震性能并对其在地震作用下的易损性进行评估,根据预制拼装桥墩墩底接缝的特点,通过拟静力试验研究,以墩顶漂移率为损伤指标,对其不同的损伤破坏状态进行描述,并确定了对应不同破坏等级的损伤量化指标限值Dcr、Dcy、Dcm和Dcu。采用有限元软件对现浇及预制拼装桥墩进行不同地震作用下的时程分析并建立概率地震需求模型,对其易损性进行评估,并通过改变轴压比、纵筋配筋率,来进一步研究这些参数对预制拼装桥墩易损性的影响。结果表明：虽然预制拼装桥墩与现浇桥墩大部分的破坏形式都为弯曲破坏,但是损伤状态因为接缝而存在差异;采用波纹管连接的预制拼装桥墩与现浇桥墩的地震易损性差别不大,抗震性能基本一致;有榫头构造的预制拼装桥墩在各级地震作用下发生四种损伤破坏的概率最低,这种构造形式的抗震性能优于平面接缝的预制拼装桥墩;轴压比、纵筋配筋率这两种参数对桥墩的易损性影响较大,随着轴压比的增大或配筋率的减小,桥墩的损伤概率增大。     

采用振动台阵的超大跨斜拉桥大比例全模型试验研究

强震作用下超大跨斜拉桥的结构响应与其结构体系密切相关,且受基础和场地土特性影响较大,然而目前为止,因试验条件和技术所限,尚缺乏相关的全桥模型振动台试验研究。以一座试设计的主跨1400m超大跨斜拉桥为原型,设计一座几何相似比为1/70、包括桩基础和场地土的全桥模型;采用振动台阵试验技术,研究El Centro波、人工波、Mexico City波等三种典型地震一致激励下不同结构体系的地震响应特性及影响机理,所研究的结构体系包括：纵向半漂浮体系、纵向弹性约束体系、以及本文作者提出的纵向辅助墩耗能体系和横向耗能体系;探讨不同纵向结构体系的抗震性能以及附加在上塔柱间的耗能构件对斜拉桥横向地震响应的控制效果。试验结果表明：土-结构相互作用对上部结构地震响应的影响不可忽视;主塔地震响应受高阶振型的影响明显;在PGA为0.4g以下的El Centro波和人工波、以及PGA为0.2g的Mexico City波作用下,结构响应仍处于弹性状态;纵向弹性约束体系和纵向辅助墩体耗能系可有效减小主塔位移和塔-梁间纵向相对位移响应,其中作者提出的纵向辅助墩耗能体系的抗震性能更好;附加耗能构件可有效降低主塔的弯矩应变响应,实现分散主塔受力和附加耗能作用,但对主塔加速度和位移响应的控制有限。     

强震区混合梁独塔斜拉桥纵向抗震设计

强震区混合梁独塔斜拉桥的梁体质量大,对结构体系的抗震性能要求高,合理选择纵桥向的抗震体系尤为重要。以89+245+185 m的独塔斜拉桥新津河大桥为研究对象,建立了有限元模型,通过非线性时程分析,比较了固结、飘浮、弹性索体系的结构地震内力与位移响应,在此基础上提出了弹性索与拉索减震支座组合设计方案。结果表明:塔梁设置弹性索有利于控制主塔内力与地震位移,弹性索与拉索减震支座组合设计方案可充分利用桥墩的抗震能力,进一步有效控制地震位移,提高全桥的整体抗震性能。     

钢塔斜拉桥地震反应特性分析

针对一个实际钢塔斜拉桥工程,采用有限元软件SAP2000进行了动力特性和地震反应分析,并以主塔为混凝土塔的苏通大桥作为参照,对斜拉桥的动力特性、主塔地震反应和抗震性能等进行了比较分析。结果表明:相对于混凝土塔,钢桥塔的刚度和质量较小,轴压比略大,斜拉桥纵飘和主塔侧弯振型周期较长,主塔重力几何刚度对桥梁动力特性的影响较大,从而显著增大了塔顶及主梁的纵向地震位移,但对主塔及其基础的地震内力影响较小。钢塔斜拉桥的抗震性能较好,在7度地震区,地震作用不会控制钢塔及其基础的结构设计。     

独塔斜拉桥抗震分析

为了探究地震对独塔斜拉桥主塔结构产生的影响,以文昌西路桥为工程实例,根据已有工程资料,通过MIDAS/CIVIL建立计算模型,计算主塔在成桥阶段受力,分析独塔斜拉桥主塔在地震作用下弯矩剪力以及轴力的分布情况,根据计算结果,总结得出E1地震作用下结构的各项力学指标均小于E2地震作用,抗震设计中着重考虑E2地震作用的影响,通过计算数据对比确定主塔截面的最不利位置,工程设计中应当对不利截面进行加固补强,可以有效增强结构物的稳定性,延长结构的使用寿命,同时也可以减少结构物在地震作用下的损伤。     

宁波甬江铁路斜拉桥的地震位移控制

大跨度斜拉桥通常采用漂浮体系或半漂浮体系以延长结构的基本周期,从而在强震作用下可以减小结构的地震惯性力,但地震位移较大。以甬江铁路斜拉桥为工程背景,在参数分析的基础上确定了合理的阻尼器参数,研究了粘滞阻尼器在地震位移控制中的作用,并与不设阻尼器的情况进行了比较,结果表明:粘滞阻尼器可以有效控制大跨度斜拉桥的地震位移,改善塔底的地震剪力,明显减小低重心斜拉桥的塔底地震弯矩。     

独塔斜拉桥抗震性能分析

以某采用塔、梁固结体系的独塔斜拉桥为例,采用通用有限元软件建立空间动力模型研究了该桥的动力特性,并分析了该体系独塔斜拉桥在E1和E2两种概率水平地震作用下分别采用纵向+竖向和横向+竖向两种不同地震输入组合下的主塔结构抗震性能,取得了一些有价值的结果,可为独塔斜拉桥的抗震设计提供参考。     

江津观音岩长江大桥减震分析

为了研究黏滞阻尼器和软钢阻尼器对大跨度斜拉桥的减震效果,对桥梁结构在采取减震措施前后的动力响应进行了分析。以主跨436 m的江津观音岩长江大桥为背景,利用ANSYS软件建立三维有限元模型,计算了大跨度斜拉桥半漂浮体系的动力特性和地震响应,并与塔梁固结体系的计算结果进行了对比分析;研究了黏滞阻尼器和软钢阻尼器控制半漂浮大跨度斜拉桥地震响应的最优参数取值和控制效果。结果表明:半漂浮体系比塔梁固结体系能更好地控制结构内力,但对位移的控制效果较差;对于半漂浮体系,软钢阻尼器对主梁和主塔位移的控制效果较好,而黏滞阻尼器对塔底内力的控制效果略好。     

软土场地上双座串联大跨度斜拉桥地震响应及碰撞分析

本文分析了软土场地上双座串联大跨度斜拉桥——洪鹤大桥的地震响应及相邻斜拉桥的碰撞问题。首先,建立其空间有限元模型进行了动力特性分析;随后,考虑桥梁特点及场地效应,选取合适的地震波,采取纵桥向+0.3横桥向+0.3竖桥向的激励组合方式输入,对桥梁关键部位动力响应进行了非线性时程分析,并将结果与反应谱法进行对比验证;最后,对两座斜拉桥交接墩处主梁的碰撞问题展开了研究。结果表明:三向地震作用下,结构主梁及主塔均以纵桥向位移为主,且主梁横桥向位移不可忽略;结构在主塔处的剪力、弯矩远大于桥墩处,各方向内力最大值集中在4号塔及8号塔塔底右边,这在抗震设计中应引起重视;在E2地震作用下交接墩处两主梁不会发生碰撞,但建议在塔梁处布置纵向液体粘滞阻尼器以提高其减震性能。     

主塔塔型对大跨度钢塔斜拉桥地震反应的影响

为研究钢塔斜拉桥在不同塔型下的地震反应,以实际桥梁工程为背景,从斜拉桥抗震设计的角度出发,利用反应谱方法分析了独柱塔、H型塔和钻石型塔三种塔型对斜拉桥地震反应的影响。结果表明:独柱式钢塔斜拉桥的纵飘周期最长,H型塔最短;独柱式塔的横向侧弯周期也最长,钻石型塔最短。纵向+竖向地震作用下,H型塔及其基础的地震弯矩较大,但塔顶和塔梁间地震位移较小;横向+竖向地震作用下,钻石型塔的塔柱地震轴力较大,独柱式塔较小,独柱式塔的基础地震弯矩需求也较小。总体而言,在7度地震区,对于钢塔及其基础,地震均不会控制设计。     

铅芯橡胶支座在三塔无背索斜拉桥中的应用研究

某无背索三拱塔斜拉桥跨径组合为30m+ 60m+ 70m+ 80m+ 40m=280m,中间三个大跨为拱塔斜拉结构,采用拱梁固结、梁墩分离的结构形式,全桥为五跨连续梁体系,斜拉索承担部分桥面恒载和活载,属于部分斜拉桥,约束方式分为普通盆式橡胶支座和铅芯橡胶支座两种.地震反应谱计算结果表明采用普通盆式橡胶支座时,E1概率水平下,桥墩基本都处于弹性状态,E2概率水平下,大部分桥墩都进入了屈服阶段.若把主墩改为铅芯橡胶支座,通过延长结构纵横向振动周期,则既能减小地震内力,又能适当控制上部结构的墩、梁间水平位移,在E1、E2地震作用下各桥墩、桩基础均处于弹性范围,满足规范要求.最后进行了模拟支座非线性特性的时程分析,通过与反应谱法结果相比较,验证计算结果的可靠性.     

高烈度区大跨径斜拉桥纵桥向抗震体系研究

高烈度区的斜拉桥地震响应较大,要求主塔等重要结构保持在弹性范围内并要有效控制主梁位移,因此选择合理的纵桥向抗震体系就显得尤为重要。通过归纳并比较了现有的各种纵向抗震体系的设计理念,分析了各种纵向抗震体系的纵桥向传力机理,基于一座斜拉桥实例,比较了3种抗震体系的结构地震反应。详细的参数分析表明,采用纵桥向弹性约束体系,选取合理结构参数,可大幅减小主塔的地震内力和主梁地震位移。     

支承体系对多塔矮塔斜拉桥横向地震响应的影响

国内外对纵向地震输入下矮塔斜拉桥的支承体系进行过许多研究,结果表明,不同支承体系对矮塔斜拉桥的纵向地震响应有较大的影响,但在支承体系对多塔矮塔斜拉桥横向地震响应影响方面的研究很少。以一座典型多塔矮塔斜拉桥为背景,针对多塔矮塔斜拉桥结构特点,分别比较了塔梁固接、塔墩分离,塔墩固接、塔梁分离,塔、墩、梁固接三种不同支承体系横桥向地震反应特点,研究了采用摩擦摆支座减小多塔矮塔斜拉桥横向地震反应的效果。     

基于ANSYS的大跨斜拉桥地震响应分析及性能评估

为研究西部高烈度地区大跨度斜拉桥的地震响应特点,以兰州市南绕城高速公路上一座跨径为177 m+360 m+177 m的结合梁斜拉桥为研究对象,利用有限元软件ANSYS建立其空间计算模型,分析了该桥的动力特性。运用非线性时程分析法计算桥梁结构在50年超越概率10%和2%两种地震水平作用下的地震响应,并以构件的能力需求比评估了该桥的抗震性能。结果表明:地震作用下主梁纵向振动与横向振动基本不耦合,其竖向位移受纵向地震作用影响较大;由于结构的非对称性,5#塔（南桥塔）的塔顶位移及塔底弯矩均大于4#塔（北桥塔）;在E1和E2两种水平地震作用下,各桥墩和桥塔关键截面以及斜拉索最小能力需求比均大于1,满足抗震性能要求;各桥墩纵桥向能力需求比小于横桥向,而桥塔纵桥向能力需求比大于横桥向,建议在过渡墩和辅助墩上安装减隔震装置,加强其纵桥向抗震性能。     

多点激励下桩-土-斜拉桥全模型振动台试验研究

大跨斜拉桥的自振频率和阻尼低以及空间尺度大,其地震响应受桩基础、场地土特性和地震动空间效应的影响较大。然而,由于试验条件和技术所限,目前尚缺乏相关的全模型振动台试验研究。以一座试设计主跨1400m超大跨斜拉桥为原型,设计和制作了一座几何相似比为1/70且包括上部结构、桩基础和场地土等在内的试验模型,通过振动台试验研究了多点激励对桩-土-斜拉桥全模型地震响应的影响及其规律。试验结果表明：纵向多点激励使一侧主塔的纵向位移、一侧主塔和桥墩的纵向桩-土-结构相互作用效果以及主跨一侧竖向位移增大,而另一侧减小;横向多点激励使一侧主塔的横向位移和一侧桥墩的横向桩-土-结构相互作用效果增大,另一侧减小,但使两侧主塔的横向桩-土-结构相互作用效果和主跨两侧横向位移响应均增大;桩-土-结构相互作用对斜拉桥的加速度响应产生不利影响。基于上述结果,大跨斜拉桥的抗震设计或性能评估应考虑多点激励和桩-土-结构相互作用的影响。     

基于修正弹塑性损伤模型的钢筋混凝土高桥墩地震损伤分析

Faria-Oliver损伤本构模型是一种模型参数少、标定方便、计算效率较高的混凝土弹塑性损伤本构模型,但此模型对循环荷载作用下混凝土受拉行为的描述略有不足;针对此点提出了修正模型,并基于大型有限元软件ABAQUS编制了修正模型的用户材料子程序VUMAT,对钢筋混凝土高桥墩进行了地震损伤分析。分析结果表明:基于提出的修正Faria-Oliver损伤模型对高桥墩进行地震损伤分析,能有效识别高桥墩在地震作用下的典型损伤破坏过程。并进而发现高桥墩在地震作用下易发生多处损伤,且损伤位置以及损伤演化过程对地震动频谱特性具有敏感性的特点。     

强震作用下大跨度连续梁桥的倒塌破坏研究

近年来,大量的连续梁桥在强烈地震中出现了构件破坏甚至发生了整体倒塌的现象,因此需要对大跨度连续梁桥的倒塌破坏机理进行研究。结合一座大跨度连续钢箱梁桥,本文首先通过LS-DYNA建立了其动力显式有限元模型,然后通过倒塌仿真分析得到该连续梁桥在强震作用下的破坏模式,重点对比分析了不同地震波及其输入作用下的破坏特征。结果表明,在强震作用下,该连续梁桥的桥墩最先发生破坏,且边主跨间的桥墩尤应引起关注;考虑竖向地震后,桥梁的破坏模式发生了改变。     

强震作用下斜拉桥模型的倒塌破坏模式

基于斜拉桥模型地震模拟振动台试验和LS-DYNA显式积分有限元模型,提出了相应的构件失效准则和结构倒塌失效准则,对斜拉桥在强震作用下单一构件破坏模式以及多构件破坏耦合作用的倒塌破坏模式进行了分析和探讨。研究表明:考虑单一构件破坏时,支座失效和拉索脱锚是强震作用下斜拉桥的主要破坏模式;考虑多构件破坏耦合作用时,不同地震波的频谱效应对斜拉桥模型的倒塌模式影响较大,卓越周期较长的地震动作用下斜拉桥发生倒塌破坏的危险性较高,且倒塌均是由于边支座脱空、拉索脱锚、主梁下坠,导致主梁端部竖向位移达到倒塌限值而发生;斜拉桥模型在仅考虑单向地震动输入作用下发生倒塌的危险性要明显小于双向和三向地震动输入的情况。