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,通过模拟实际施工过程以获得真实成桥内力状态,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,采用Hertz-damp接触模型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,建立考虑桥墩和支座权重系数的全桥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,将场地危险性函数与易损性函数卷积,建立概率地震风险曲线,考察桥梁系统易损性、概率地震风险性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,将会低估过渡墩的位移反应3~5倍,低估其地震风险性概率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13%~68%和15%~59%。

高速铁路大跨钢桁加劲连续刚构桥长期变形影响因素研究

为研究钢桁长度和高度以及合龙顺序和顶推力对钢桁加劲连续刚构桥长期变形的影响,以某在建钢桁加劲连续刚构桥为对象,采用有限元软件建立实体模型,考虑混凝土收缩徐变作用,对恒载作用下运营20年内的变形进行分析,系统分析钢桁长度和高度对连续刚构桥长期变形的影响程度,同时利用结构力学原理推导不同合龙顺序下的顶推力解析式,探讨合龙顺序和顶推力对连续刚构桥长期变形的影响。结果表明:钢桁长度和高度的增加均可使挠跨比下降,均能提高桥梁的整体刚度,考虑到实际结构受力及施工难度,建议钢桁长度在桥梁中跨长度的3/4~7/8范围内选择,挠跨比下降42.3%~44.1%,为避免出现设计过于保守的情况,建议钢桁高度取12 m,挠跨比下降43.8%;推导出不同合龙顺序下的顶推力解析式,只与桥墩和主梁的参数有关,计算简便、概念清晰,可指导实际工程中顶推力的确定;不同合龙顺序对钢桁加劲连续刚构桥长期变形的影响较小,施加顶推力后可明显改善钢桁加劲连续刚构桥的长期变形,建议在施工过程中采用先中后边的合龙顺序,同时施加顶推力,在运营20年时边跨和中跨最大竖向变形分别下降34.6%和34.2%。

混凝土格构式桥墩连续刚构桥地震响应影响参数分析

为研究混凝土格构式桥墩几何参数对连续刚构桥地震响应的影响,以某(65+4×120+65)m连续刚构桥为背景,建立全桥有限元模型,采用反应谱法和非线性时程法分析混凝土格构式桥墩单肢截面尺寸、单肢纵向间距、系梁道数对该桥动力特性和地震响应的影响规律。结果表明:混凝土格构式桥墩单肢截面尺寸、单肢纵向间距、系梁道数对连续刚构桥的各阶振型基本没有影响;随着单肢截面尺寸、单肢纵向间距的增大及系梁道数的增加,连续刚构桥自振频率均逐渐增加,其中系梁道数对其影响较大,随着系梁道数的增加,该桥1阶、2阶自振频率逐渐增加;罕遇地震作用下,随着单肢截面尺寸、单肢纵向间距的增大及系梁道数的增加,桥墩位移逐渐减小;随着单肢截面尺寸的增大,桥墩内力明显增加,而单肢纵向间距对桥墩内力影响较小;随着系梁道数的增加,桥墩剪力逐渐增加,而墩顶及墩底弯矩逐渐降低;单肢截面尺寸、单肢纵向间距、系梁道数对墩顶、墩底塑性转角影响很小,但是墩顶、墩底塑性转角随格构式桥墩单肢截面尺寸的增大呈先增大后减小的趋势。

不等高双薄壁墩结构参数对连续刚构桥力学行为影响分析

对于因地形和地貌原因而使双薄壁墩连续刚构桥相邻桥墩高度相差较大的情况,设计常采用不等高双薄壁墩。相比常规双薄壁墩,不等高双薄壁墩结构设计及优化可供借鉴和参考的成果不多。以某不等高、不等厚双薄壁墩预应力混凝土连续刚构桥为工程依托,基于有限元数值分析方法,改变低墩壁厚和墩间距,针对结构恒载作用、最大悬臂状态稳定及结构自振,采用单因素分析方法研究薄壁墩结构参数对连续刚构桥结构力学行为影响。结果表明:恒载作用下,低墩壁厚对主梁根部弯矩影响很小,对跨中弯矩影响相对较大;增大双肢间距可明显降低主跨跨中、根部弯矩。低墩稳定安全系数对壁厚更敏感;墩参数变化不改变失稳模态。随着低墩壁厚和间距增加,结构自振频率增大,壁厚、双肢间距影响结构一阶振动模态,且壁厚对一阶自振影响最显著。分析结论可供不等高双薄壁墩连续刚构桥结构设计和优化参考。

多跨连续刚构桥合龙顶推方案优化

为了能更好地减少多跨连续刚构桥成桥后期各个桥墩墩顶的纵桥向水平位移和结构附加内力,提出由中到边合龙依次顶推的优化方案,作出了相应的计算图示且推导了相关的理论计算公式,同时根据顶推力理论计算公式的需要,推导了变截面的主梁和桥墩的抗弯惯性矩的理论计算公式,以某六跨连续刚构桥为例,建立有限元模型,通过理论计算公式和有限元模型分别计算了优化方案的顶推力数值并进行了对比分析,验证合龙优化方案顶推力理论计算公式的有效性,然后将由边到中的原合龙顶推方案和先中后边的优化合龙顶推方案作对比,验证合龙优化方案的合理性。结果表明:相较于原方案,使用优化方案虽然增加了顶推次数,但是其每次顶推力的数值较原方案中一次顶推力的数值都有大幅减少,从而能够有效地减少顶推处的局部应力水平;优化方案能更好地调控各个墩的变形,尤其是距离主梁中点较远的桥墩,因此优化方案对墩顶的纵向水平位移和墩底的弯矩改善效果更加明显;优化方案理论计算公式计算得到的顶推力数值相比于使用有限元模型推算的顶推力数值偏大,但总的来说相差不大,满足实际工程的要求;不同的顶推方案主要的影响是桥墩的变形与内力,顶推施工对成桥后主梁的收缩徐变以及线形的影响不大。

基于异构集成模型的连续刚构桥预拱度预测

预拱度在大跨度悬臂桥梁的施工线形监控中扮演着重要角色,提高预测精度能够确保施工阶段和成桥状态的线形尽可能符合设计要求。为获得更好的预测性能,本文提出了一种基于自适应集合加权的SSA-BPNN-RF(sparrow search algorithm-back propagation neural network-random forest)异构集成模型。该模型利用不同算法之间的协作来提高预测性能,为了验证该模型的可行性,将训练好的模型应用于湖南某连续刚构桥预拱度预测,并与BPNN、RF、BPNN-RF、SSA-BPNN和SSA-RF 5种预测模型进行对比。研究结果表明:SSA-BPNN-RF异构集成模型在平均绝对误差、均方根误差和拟合度等评价指标上表现最佳。此外,BPNN-RF集成和SSA分别对BPNN和RF都有积极的影响,进一步验证了异构集成的有效性。因此,SSA-BPNN-RF异构集成模型具有高精度和更好的适应性,在工程实践中具有重要的指导意义。

山区多跨连续刚构桥合龙顶推力优化分析

合龙顶推力是影响多跨连续刚构桥成桥运营阶段梁体线形的重要因素,针对目前最优合龙顶推力求解方式存在的工作量大、不够精确、过于繁琐等问题,提出了一种基于多目标线性规划理论的最优合龙顶推力求解方法,同时以一座多跨连续刚构桥作为算例背景,对不顶推、施加试算顶推力、施加优化顶推力3种不同工况进行实例对比分析。对比分析结果表明:在合龙前施加顶推力,能够使桥梁应力及线形更接近设计理想状态,施加优化顶推力较之于试算顶推力,能够更高效地控制墩顶偏位并改善全桥应力状态;顶推力求解过程中应考虑到以合龙温差造成的墩顶纵向水平位移差值来对顶推力作出修正,且合龙温差与墩顶最大位移、最优合龙顶推力两者之间基本呈线性关系。

地铁连续刚构桥上无砟轨道无缝线路纵向力分析

【目的】为研究地铁连续刚构桥上无砟轨道无缝线路纵向受力与变形规律,对地铁连续刚构桥上无砟轨道无缝线路设计改进、运营养护维修提供理论指导。【方法】根据梁-板-轨相互作用原理,建立地铁连续刚构桥上整体道床式无砟轨道无缝线路空间耦合模型,计算伸缩、挠曲、制动、断轨工况下轨道结构和桥梁纵向力及位移,并对轨道结构静力特性进行对比分析,为地铁连续刚构桥上无缝线路轨道结构设计提供参考。【结果】结果表明:双线列车荷载中点与中部梁端处重合时为列车垂向荷载最不利工况,此时钢轨纵向力与钢轨、桥梁纵向位移均为最大,均出现在中部梁端附近,数值分别为70.3 kN与0.6,0.8 mm;双线制动荷载列车尾部位于两侧梁端时为列车制动荷载最不利工况,此时钢轨纵向力与钢轨、桥梁纵向位移均为最大,数值分别为107.8 kN与1.6,1.7 mm。【结论】伸缩力作用下各个端部桥缝处为薄弱部位,在平时养护中应特别注意梁端部桥缝处轨道结构,防止因伸缩力过大而产生断轨;钢轨发生断轨时,在断缝处纵向力、纵向位移均发生突变,严重影响线路行车安全。

现浇超高墩连续刚构桥横桥向抗震性能分析

为研究现浇超高墩连续刚构桥在横桥向地震动作用下的抗震性能,建立了某超高墩连续刚构桥OpenSees非线性仿真分析模型,并以此探讨了跨径、墩高等结构参数对其横桥向抗震性能的影响规律。结果表明:1) 结构的墩底弯矩峰值随跨径的增大而呈减小趋势;随墩高的增加而逐渐减小。2) 墩底剪力随结构跨径和墩高的变化规律与墩底弯矩具有相似的趋势。3) 结构的墩顶位移随跨径增加呈现出先降低后增大的变化趋势;随着墩高的增大而逐渐增大。

基于ANSYS的连续刚构桥地震响应分析

以某连续刚构桥为工程背景,基于ANSYS建立全桥有限元模型,由规范反应谱生成人工地震波,分别采用直接加速度法与大质量法对结构进行地震反应时程分析,分析方法与研究结果对实际工程有一定借鉴作用。

大跨连续刚构桥桥墩计算长度系数的取值研究

桥墩计算长度系数是影响桥梁结构安全与经济性指标的一个控制性因素,国内外规范关于受压杆件计算长度系数的取值相近,且都仅是针对理想边界条件的情况,在实际应用中有必要根据具体的结构形式作适当调整。为得到更接近结构实际情况的数值,该文从结构整体稳定分析入手,分析不同因素对连续刚构桥成桥及最大双悬臂阶段计算长度系数的影响规律,主要包括不同桥墩类型、墩身高度、桩基柔度、邻跨边界、单墩失稳或者整体失稳等。结果表明:不同桥墩类型顺、横向的计算长度系数不能简单地采用某一固定值,随墩高的变化也不是简单的线性关系;考虑桩基柔度影响后的结果会增大20%左右,且横桥向比顺桥向的影响更加显著;考虑交接墩影响后计算长度系数的取值更大;需要考虑各墩同时受轴向荷载作用下的整体屈曲反应;连续刚构施工阶段最大双悬臂工况下顺桥向计算长度系数分布范围为1.20~1.35。

多跨连续刚构桥地震响应时程分析

桥梁直接关系到交通体系的命脉,在整个交通工程中占重要地位。而连续刚构桥梁又因其跨越能力出众,施工容易,行车性能好,维护方便等诸多优势,成为一种常见的桥型。中国地震活动频繁,因此,对桥梁进行的抗震响应分析,用于提高桥梁的抗震能力,可以更好地满足桥梁的稳定性能。基于此,本文介绍了地震灾害对桥梁的危害性,连续刚构桥结构特点,并以淮河大桥为背景,通过建立ANSYS有限元模型,对该模型分别输入EL-CENTRO波和模拟地震波,比较分析结果,给出研究的结论。本文研究成果可为大跨度连续刚构桥的抗震设计提供参考。

耐震时程法在大跨连续刚构桥纵向抗震性能评估中的应用

采用简化方法对大跨连续刚构桥的抗震性能进行高效和准确的评估,在该类桥梁的设计和加固改造时是非常必要的。耐震时程法作为一种评估桥梁抗震性能的简化方法,只需要一次时程分析就可以实现桥梁从完好到倒塌的全过程分析。为研究耐震时程法在评估大跨连续刚构桥纵向抗震性能的适用性与精确性,本文以一座大跨波形钢腹板连续刚构桥为研究对象,基于中国公路桥梁抗震设计规范设计反应谱,生成3条耐震加速度时程曲线作为地震输入,同时选择16条天然地震动进行增量动力分析,对比研究了该连续刚构桥地震响应特征。研究结果表明:耐震时程分析结果处于增量动力分析结果的包络线之内,耐震时程法中位值与增量动力分析结果的均值曲线吻合较好,因此,耐震时程分析方法可以作为大跨连续刚构桥抗震性能评估的一种高效率方法。

水平底板索连续刚构桥下挠影响因素研究

文中采用Midas/Civil研究了运营阶段预应力损失和成桥时间对水平底板索连续刚构桥下挠的影响。结果表明,顶板束预应力损失对桥梁中跨最大下挠的影响最大,其次为腹板束和底板束。随着成桥时间增加,成桥初期桥梁下挠增幅大于成桥后期桥梁下挠增幅。此外,与曲线底板索桥相比,预应力损失对水平底板索连续刚构桥中跨最大下挠影响更小。

高铁大跨双肢墩连续刚构桥减震系梁地震易损性分析

为了解地震作用下减震系梁对高铁大跨双肢墩连续刚构桥的减震效果,以某主跨180 m的山区高铁双肢墩连续刚构桥为背景,分别建立采用钢筋混凝土(RC)系梁、2种新型减震系梁(可屈服钢系梁与斜交筒式黏弹性阻尼器系梁)方案的全桥有限元模型,对比分析不同系梁方案下的结构损伤、桥面平顺性指标等。结果表明:2种新型减震系梁均不会在地震作用下出现负刚度,新型减震系梁方案较RC系梁方案能有效降低系梁和主墩的结构损伤概率,主墩最大压应变降低83.3%;但减震系梁对震后桥面平顺性指标无明显改善,需采用更具针对性的技术措施。

近断层地震作用下高速铁路大跨连续刚构桥易损性研究

为探究近断层地震作用下高速铁路大跨连续刚构桥的抗震性能,基于工程需求(EDP)符合对数高斯分布假设获取全桥损伤曲线,提出一种桥梁地震损伤危险性分级方法。在此基础上,考虑桥上无砟轨道的刚度效应,采用OpenSees有限元软件建立了某高速铁路大跨连续刚构桥的轨道-桥梁(线-桥)一体化非线性有限元模型;由80条近断层地震动实录波组成地震动数据库,采用基于概率需求的易损性分析方法详细分析了该高速铁路大跨连续刚构桥的抗震性能。结果表明:对于研究计算条件,近断层地震动速度峰值(PGV)与工程需求间的相关性较强;近断层地震作用下高速铁路连续刚构桥的边支座易出现轻微损伤,当遭遇中高强度(PGV>100 cm/s)近断层地震动时桥梁关键截面的屈服概率较大,当PGV为200 cm/s时桥梁结构会受到严重破坏,而当PGV为300 cm/s时桥梁有极大可能发生完全破坏甚至出现倒塌。研究成果可为近断层区域高速铁路连续刚构桥的抗震设计提供参考。

高速铁路跨度250 m级连续刚构桥长波不平顺控制研究

连续刚构桥随着跨度增加,其收缩徐变、温度等引起的桥面变形随之增加,导致轨道长波不平顺加剧,进而可能对列车走行性产生不利影响。以一座试设计主跨250 m高速铁路连续刚构桥为研究对象,建立有限元模型,依据规范检算桥梁的强度和刚度,同时计算由于混凝土收缩徐变、温度效应等引起的桥面附加变形。采用“车-线-桥”动力仿真软件分析由于桥面附加变形导致的轨道长波不平顺对列车动力响应的影响。选用中点弦测法作为评价指标,通过相关性分析选出最优弦测长度,最后计算出最优弦长下连续刚构的桥面变形和等效不平顺限值。研究结果表明:横、竖向桥面附加变形均出现在桥梁的跨中截面;当附加变形增加到1.9倍,列车以速度350 km/h通过连续刚构时,车辆的竖向加速度首先达到限值1.3 m/s^(2);采用弦长为60 m的中点弦测法与车辆响应匹配性最好,适用于评价连续刚构的长波不平顺;连续刚构的桥面附加变形和等效不平顺60 m弦中点弦测值分别为7.2 mm和14.5 mm,对应限值建议分别为7 mm和14 mm。

PC连续刚构桥长期下挠参数敏感性分析

随着交通强国建设的不断推进,PC连续刚构桥以其出色的跨越能力和耐久性,广泛用于多样化的桥梁建设中。然而,这种桥梁结构在长期使用过程中可能出现的下挠问题,对其稳定性和使用寿命产生了重大影响。基于全桥有限元仿真模型,分别选取了自重、徐变、预应力损失以及刚度折减四个主要参数,对其下挠表现的敏感性展开研究。结果表明:混凝土的超重增幅、初始加载龄期过短、成桥时间、预应力的损失以及刚度的折减均会对桥梁长期下挠产生不利影响,有针对性的采取相应措施可以有效避免长期下挠的持续发展。以便在设计、施工和运营中科学决策,为同类桥梁建设提供理论支持和技术指导。

近场地震作用下大跨高墩连续刚构桥易损性分析

近场地震作用对于大跨高墩连续刚构桥的破坏性更强。该文以某新建大跨高墩连续刚构桥为依托,考虑近场地震动下桥梁的地震需求概率,运用OpenSees对该连续刚构桥进行时程分析,通过云图法获得桥梁结构在近场地震下的响应,基于结构的曲率需求概率模型对桥梁进行易损性分析。结果表明:大跨高墩连续刚构桥在PGA较低时结构曲率需求概率响应集中,在较大PGA作用下结构的曲率需求概率降低。在近场的罕遇与特罕遇地震作用下,桥墩出现严重损伤和完全破坏的概率几乎为零,桥梁结构在设防场地下能达到中震可修、大震不倒的要求。

高墩大跨连续刚构桥施工全过程稳定性分析

本文以三门峡国道209上跨陇海铁路立交桥为研究对象,采用MIDAS/Civil建立裸墩、最大双悬臂和成桥合龙3种状态下的有限元模型,对主墩进行线性屈曲分析和几何非线性屈曲分析,计算出稳定性系数,探讨不同荷载工况下稳定性的影响因素。通过调整桥墩主要设计参数,对主墩进行稳定性影响参数的敏感性分析。结果表明:全桥施工及成桥状态下,墩顶施工荷载、挂篮荷载、温度效应和车道荷载对主墩的稳定性影响较大;在稳定性影响参数敏感性分析中,随壁厚和混凝土强度等级的提高,稳定性系数逐渐增大;墩高的增加会使稳定性系数逐渐降低,但降低速率会逐渐减缓;系梁数量和位置均会对稳定性产生显著影响;随主墩高差的减小,稳定性系数逐渐降低,桥梁结构荷载重分配,墩顶主梁弯矩逐渐降低。