桥梁上部结构抗震性能研究

依托河北省某三跨预应力混凝土连续箱桥梁开展Midas Civil有限元抗震性能研究,重点对不同曲率半径下上部结构的自振特性及E1反应谱下上部结构的内力变化进行分析,得到以下结论:上部结构设计曲率半径增大会导致自身柔度增大;不同曲率半径主梁主振型以竖向弯曲为主;E1地震反应谱作用下,考虑恒载、顺横桥向荷载同时作用下的上部结构关键节点内力随曲率半径增大而减小。

大跨径预应力混凝土部分斜拉桥设计关键技术

以某大跨径斜拉桥为工程背景,综合考虑地质条件、造价、施工难度、后期保养等因素,对比了预应力混凝土部分斜拉桥、下承式网状系杆拱桥、矮塔混合梁斜拉桥3种桥型方案,最终确定拟建桥梁主桥采用120 m+210 m+120 m的双塔单索面混凝土部分斜拉桥,基于数值模拟方法对施工及运营阶段的静力性能、自振特性、稳定性及地震响应进行了分析。结果表明:施工及运营阶段下主梁内力、变形、稳定承载力均满足设计规范要求;拟建桥梁动力特性复杂、主墩抗弯刚度及主梁抗扭刚度较高,主桥抗风稳定性表现良好;三向地震输入时为主桥地震响应最不利条件,在此工况下,主梁竖向位移、主塔弯矩及基础强度均满足设计规范要求。

铅芯橡胶支座PC连续梁桥隔震性能试验研究

为了研究铅芯橡胶支座对混凝土连续梁桥的隔震效果,选取典型的3×30m跨PC连续梁桥,按1∶20比例设计、制作了2座分别采用板式橡胶支座和铅芯橡胶支座的桥梁模型,通过振动台试验,分析其在不同地震波及峰值加速度作用下的自振频率、支座变形及墩顶位移和加速度等的变化规律。结果表明:PC连续梁桥采用铅芯橡胶支座能够有效减小地震对桥梁的损害;不同的地震波对桥梁的地震反应和铅芯橡胶支座隔震性能的发挥有很大影响;桥墩刚度的减小和塑性铰的形成,可以降低桥梁上部结构的地震响应,起到隔震的效果,但却限制了铅芯橡胶支座隔震性能的发挥。

预应力渡槽的竖向振动特性和地震反应

首先建立了考虑预应力影响的渡槽竖向地震反应分析的变系数微分方程。然后应用模态摄动法和振型叠加法,提出了预应力渡槽竖向动力特性和地震反应的计算方法。最后通过典型工程实例分析,讨论了渡槽竖向地震反应分析中的预应力和槽内水体对渡槽动力特性和抗震性能的影响及渡槽竖向高阶振型对渡槽地震反应的贡献等。算例结果表明,施加预应力使渡槽的自振频率升高、抗震能力增强,渡槽的竖向地震反应中高阶振型的贡献可以忽略,槽内水体对渡槽的自振特性和地震反应有很大影响。在渡槽的抗震设计中应考虑渡槽竖向地震反应的影响。

预应力桥梁竖向振动特性和地震反应分析

基于模态摄动法和振型叠加法,建立了预应力桥梁竖向地震反应分析的计算方法.通过2个典型工程实例分析,讨论了桥梁竖向地震反应分析中的几个问题.算例结果表明:①预加力使桥梁的自振频率升高,影响主要体现在低阶自振频率上,随着振型阶序的增加,预加力的影响变小.对于20m和32m跨度的预应力桥梁来说,竖向基频分别升高5.3%和6.3%,而第5阶竖向频率升高只有1%左右.②在地表波作用下预应力梁跨中截面弯矩减小约30%和25%,预加力提高了桥梁的抗震能力.③竖向地震反应中高阶振型的贡献可以忽略.④7度设防烈度下,在预应力桥梁跨中截面弯矩的荷载组合效应中,竖向地震作用效应所占比例分别达24.56%和26.15%,8度设防烈度时所占比例分别为38.93%和41.46%,说明在这类预应力桥梁抗震设计中应考虑竖向地震反应的影响.

水闸闸室抗震动力分析及措施

在水闸闸室抗震设计中,为充分考虑闸室结构空间振动的耦联影响,建立了能反映闸室结构实际情况的空间三维计算模型,采用振型分解反应谱法对闸室结构进行了抗震动力计算,并以嶂山闸闸室为例,结合闸室结构地震作用效应的分析结果,提出了有针对性的抗震措施,达到了减小地震作用效应、增强闸室抗震性能的目的。

钢管混凝土腹杆-PC组合箱梁桥抗震性能

为了对新型钢管混凝土腹杆-PC组合箱梁桥结构的抗震性能进行研究,在既有普通预应力混凝土连续箱梁桥的基础上设计了新型钢管混凝土腹杆-PC组合箱梁桥,利用ANSYS有限元软件分析了其自振特性和天津波作用下的抗震性能,同时对比分析普通PC连续箱梁桥和钢管混凝土腹杆-PC组合箱梁桥的地震响应。结果表明:与普通箱梁桥相比,钢管混凝土腹杆-PC组合箱梁桥高阶振型差异较大,低阶振型相似;在不同方向的地震波输入下,钢管混凝土腹杆-PC组合箱梁桥位移响应和竖向剪力增大,内力响应减小;钢管混凝土腹杆对混凝土顶底板的约束作用较弱,易使其在地震作用下局部振动剧烈。建议加强约束和横撑布置,以改善钢管混凝土腹杆-PC组合箱梁桥动力特性。

地震勘探检波器原理和特性及有关问题分析

在地震勘探工作中,由于对检波器的原理和性能了解和认识得不够,致使在检波器的选择和使用上存在着一些不当之处,不清楚检波器的参数与响应特性之间的关系,以及这些参数对地震信号的影响,在检波器使用和对比时往往针对性不强。为此,从检波器的振动力学原理入手,分析了位移、速度和加速度3种类型检波器的频率响应特性,并阐述了检波器不同的机电转换原理;在此基础上,深入分析了检波器的特性参数对地震信号的影响以及地震勘探对检波器性能和参数的要求。根据地震勘探中地震波冲击振动信号的特点,认为具有频率范围宽、动态范围大、失真度小、灵敏度高、检波器允差小等特点的检波器才能满足地震勘探的需要。同时,对目前检波器使用中的一些做法进行了探讨,尤其是检波器对比试验中存在的问题。综合分析认为,只有掌握了检波器的原理、性能和参数,才能正确地选择和使用检波器。

伸缩缝刚度对大跨度悬索桥动力特性的影响

伸缩缝作为大跨度桥梁与引桥之间的重要连接构件,其抗推刚度及可能存在的变异性对主桥及引桥动力特性的影响不可忽略。本文建立了大跨度悬索桥及引桥的有限元模型,采用弹簧单元模拟加劲梁与引桥箱梁之间的伸缩缝,分析伸缩缝刚度对悬索桥及引桥自振特性及其地震响应的影响规律。分析结果表明:伸缩缝刚度对加劲梁的横弯振型、竖弯与纵飘耦合振型的频率有明显的影响;伸缩缝刚度的变化会导致加劲梁与引桥的振型相互耦合,同时这些振型的频率发生相应的突变,当伸缩缝刚度较大时,加劲梁两个竖弯与纵飘的耦合振型解耦成为独立的竖弯和纵飘振型;当引桥与悬索桥加劲梁的纵飘振型发生耦合时,在纵向和竖向地震作用下的悬索桥及引桥的地震响应达到最小。伸缩缝刚度对悬索桥动力特性影响的分析可为悬索桥的模态参数确认、损伤识别、抗震性能分析提供有价值的借鉴。

多跨连续梁桥的隔震方案研究

为改善多跨连续梁桥的抗震性能,以(55+4×90+55)m的韩江特大桥主桥为研究背景,采用ANSYS软件建立全桥有限元模型,应用非线性时程分析方法对不同减隔震支座方案的桥梁结构地震响应进行分析。研究结果表明:不同减隔震支座方案下韩江特大桥主桥纵飘和主桥横弯振型出现的阶数与对应的自振频率均不同;韩江特大桥主桥的减隔震支座方案宜优先选用摩擦摆减隔震支座,在隔震支座选型时应综合考虑墩底弯矩、墩梁相对位移、支座位移等多项指标。

波形钢腹板-UHPC组合连续箱梁桥静力和抗震性能研究

为克服传统大跨预应力混凝土(Prestressed Concrete,PC)连续梁桥自重过大、跨中过度下挠和腹板开裂的问题,将超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)与波形钢腹板(Corrugated Steel Web,CSW)组合,提出大跨径CSWs-UHPC组合连续箱梁桥方案,对该结构的静力性能和抗震性能进行了计算分析,并将其与CSWs-普通混凝土(Normal Concrete,NC)组合连续箱梁桥和PC连续箱梁桥进行对比,结果表明:相比CSWs-NC组合箱梁桥和PC箱梁桥,CSWs-UHPC组合箱梁桥的自重分别降低45%和54%;CSWs-UHPC组合箱梁桥耐久性强、全寿命周期内的经济性具有竞争力;静力计算结果满足规范要求;合理中支点梁高与中跨跨径比Hs/L为1/16~1/22,中跨跨中与中支点合理梁高比Hm/Hs为1/1.5~(-0.2+0.029L/Hs);CSWs-UHPC组合箱梁桥横向弯曲自振频率小于PC箱梁桥,竖向弯曲自振频率略大于CSWs-NC组合箱梁桥及PC箱梁桥,较轻的上部结构可大幅降低惯性荷载,使CSWs-UHPC组合箱梁桥具有优异的抗震性能.这种新型组合桥梁可有效克服大跨径连续梁桥下挠、开裂的病害,大幅降低地震响应,是大跨径连续梁桥中具有较强竞争优势的结构型式.

弦支穹顶结构的自振特性及地震响应分析

弦支穹顶结构是基于张拉整体思想和单层球面网壳技术的一种新型复合空间结构体系,为了研究弦支穹顶的自振特性和地震响应,采用有限元软件,对结构的矢跨比、撑杆高度、环索布置方式和预应力大小等进行了参数分析,并对单层网壳和两种不同布索形式的弦支穹顶结构进行了El Centro波地震响应对比分析。结果表明:矢跨比和撑杆高度对结构自振特性影响较大,而拉索预应力大小对结构影响较小。支座的弹簧刚度对弦支穹顶的高阶频率的影响不及对基频的影响,当弹簧刚度较小时,其对结构基频的影响基本上是线性的;刚度较大时,对基频的影响很小。在固定铰支承条件下,与单层网壳结构相比,弦支穹顶不能减小地震产生的结构位移的振幅。弦支穹顶结构整体内力值偏大,在布索层数相近的情况下,不同的弦支穹顶的撑杆和拉索的内力变化趋势和数值相近。

考虑动水压力作用影响的矩形深水桥墩地震响应分析

基于Morison方程法,采用附加质量考虑动水压力的影响研究在动水压力作用影响下,矩形实体桥墩与空心桥墩的自振特性和地震响应峰值随水深的变化规律。结果表明:桥墩入水深度、迎水面越大,动水压力作用使其自振频率折减越大,且相对于实体桥墩而言,空心桥墩自振特性改变更大。随着水深的增加,动水压力对桥墩地震响应的影响也增大,顺桥向(迎水面大)地震响应峰值增大幅度大于横桥向(迎水面小),其最大差值约达150%;空心桥墩地震响应峰值增大幅度大于实体桥墩,其最大差值约70%。

大跨度钢管桁架屋盖结构的抗震性能分析

以某体育馆的钢屋盖结构为研究对象,利用ANSYS有限元软件对其进行模态分析,分别将拱桁架与立体桁架之间的连接耦合成铰接和刚接,分析比较了结构的自振频率及振型.借助ANSYS,采用振型分解反应谱法研究其抗震性能.结果表明,该屋盖结构的频率分布较为密集,其动力特性复杂,且高阶振型的影响较大,在进行抗震性能研究时需考虑高阶振型;而拱桁架与立体桁架之间的连接形式对结构动力特性的影响不大,可以忽略.屋盖整体结构在水平地震作用下的反应也不明显.

动水压力影响下考虑SSI效应的桥墩结构地震响应分析

基于Morison方程法,采用附加质量考虑动水压力的影响,利用ABAQUS软件计算平台建立了动水压力作用下刚性地基桥墩和考虑SSI效应的桥墩结构,对动水压力作用下考虑和不考虑SSI效应时桥墩的地震响应进行了比较,分析了考虑SSI效应的桥墩的地震响应随水深的变化规律。结果表明:动水压力作用会增大桥墩的地震响应,其受桥墩入水深度的影响;当考虑SSI效应后,动水压力作用对桥墩自振频率折减和地震响应增大作用有所降低,但仍不能忽视动水压力作用。

半刚性节点弦支穹顶水平地震响应分析

弦支穹顶结构是基于整体张拉思想和单层球面网壳技术的一种新型杂交空间结构体系。文中采用有限元软件ANSYS对螺栓球半刚性节点弦支穹顶结构进行了动力分析,比较了半刚性节点结构和刚性节点结构动力特性的差别,并且采用时程分析法对半刚性节点弦支穹顶结构在常遇水平地震作用下的地震响应进行了分析。分析结果表明:弦支穹顶结构频率密集,半刚性节点弦支穹顶结构频率小于刚性节点结构,节点弯曲刚度对高阶振型的影响显著;半刚性节点弦支穹顶结构杆件动内力及地震系数普遍大于刚性结构;杆件地震系数在7度常遇地震输入下基本小于10%。

台车水平刚度对开合屋盖结构动力性能的影响

以国家网球场"钻石球场"开合屋盖结构为分析对象,采用通用有限元软件SAP2000对比研究了台车水平刚度对开合屋盖结构自振特性及地震响应的影响.研究结果表明:随着台车水平刚度的不断减小,结构自振周期不断增大,开合屋盖结构轨道梁的横向及竖向位移也相应减小.此外,台车水平刚度的变化对结构固定屋盖及活动屋盖杆件的轴力均会造成影响,且对固定屋盖杆件轴向力影响较为明显.因此,在对此类结构进行设计及施工过程中应该充分考虑台车水平刚度的影响.

钢管混凝土拱桥非线性地震响应分析

以某中承式钢管混凝土系杆拱桥为研究对象,采用双单元法建立的空间结构有限元分析模型,可用于计算和分析该桥的动力特性,同时可运用时程分析法计算出钢管混凝土拱桥的非线性地震响应,从而有助于分析研究其几何非线性、材料非线性及几何材料非线性对结构地震响应的影响。

膜型网壳结构抗震性能研究

本文采用子空间迭代法分析了单层膜型网壳结构的自振特性;推导了大跨空间结构几何非线性地震响应时程分析的计算过程,编制相应的计算程序,用振型分解反应谱法与时程法进行了结构地震响应特性分析。研究表明:膜型网壳结构的抗震性能比较好;用反应谱法分析时,水平地震作用下截断振型取15、竖向地震作用下取60可满足工程设计要求;用反应谱法计算结构竖向地震响应是安全可靠的,但进行水平地震响应分析时,最终还需用时程法进行验算。

漫湾水电站拦污栅框架的动力模型试验

根据动力模型相似原理,通过对漫湾水电站拦污栅框架的动力模型试验,把握了解其自振特性和地震响应,为拦污栅框架设计提供了可靠依据,结果应用于工程实际,对类似拦污栅框架的抗震设计有参考作用。