斜拉-悬吊协作体系桥抗震性能参数分析

以一座1 400m主跨的斜拉-悬吊协作体系方案桥为工程背景,采用多振型地震反应谱方法,对其进行水平地震作用下的结构地震反应分析,揭示主缆矢跨比、吊跨比、边跨长度、辅助墩设置、主梁支承方式和主梁结构形式等结构设计参数对地震反应的影响,并提出各结构设计参数的合理取值.结果表明:当主缆矢跨比取为1/10、吊跨比为0.4~0.5、采用短边跨并设置辅助墩、半漂浮体系、桥面主梁采用混合梁时,斜拉-悬吊组合体系桥可以获得比较好的抗震性能.     

双塔斜拉-连续梁组合体系的力学行为分析

对比双塔斜拉-连续梁组合体系、双塔斜拉-简支梁组合体系以及常规双塔斜拉桥体系在恒载和活载作用下的响应以及自振特性,分析双塔斜拉-连续梁组合体系的优缺点.结果显示,斜拉-连续梁组合体系整体刚度大,结构变形小,边锚索不易疲劳破坏,但辅助墩顶主梁断面在恒、活载作用下负弯矩大,需进行特殊设计;斜拉-连续梁组合体系较斜拉-简支梁组合体系自振频率高,具有整体刚度强、结构受力有利的优点,但易受地震等动力作用的影响.     

自锚式斜拉-悬索协作体系竖向弯曲振动计算公式

为方便计算自锚式斜拉-悬索协作体系的竖向自振频率,以三跨连续协作体系为研究对象,在计入主塔刚度的影响下,应用Rayleigh法,推导了该体系的竖向弯曲振动频率公式,提出了主塔刚度影响系数的表达式,最后对此公式的可行性进行了算例验证.研究结果表明:该体系的竖向弯曲振动频率比同等结构布置的自锚式悬索桥的竖向弯曲频率略有增大;主塔刚度对该体系的一阶对称竖弯频率影响较大,进行此频率计算时应计入主塔刚度的影响,而对一阶反对称竖弯无影响;给出的能量法得到的竖弯基频计算值与有限元值误差能满足概念设计阶段的要求;该公式可用于自锚式斜拉-悬索协作体系在初步概念设计中选择合理的结构计算参数.     

津保铁路矮塔斜拉桥的动力特性

以津保铁路矮塔斜拉桥为例,应用大型有限元软件Midas／Civil对该桥建立全桥模型,采用子空间迭代法对其进行动力分析,得出该桥的自振频率和振型,并讨论了边界条件对其动力特性的影响．计算结果表明：设置辅助墩能明显提高结构的整体刚度,并对结构的自振频率和振型有较大影响．研究结果可为同类型矮塔斜拉桥的设计和施工提供参考．     

地锚式斜拉-悬索协作体系桥竖弯振动基频计算公式

为方便计算地锚式斜拉-悬索协作体系桥的竖向自振频率,以三跨连续支承协作体系为研究对象,在计入主塔刚度的影响下,应用能量法推导了该体系的竖向弯曲振动频率公式,并提出了主塔抗弯刚度影响系数的计算式;最后对本文所推导的公式的有效性进行了验证。研究表明:该协作体系的竖向弯曲振动基频略高于同等跨径布置的地锚式悬索桥的竖弯弯曲频率,其原因在于斜拉索对该体系刚度的贡献;本文所推导的竖弯基频计算值与数值计算误差能满足概念设计阶段的要求;该公式可用于该体系的初步概念设计中选择合理的结构计算参数。     

绥芬河斜拉桥静动力试验及安全评估

目的 检验设计施工质量,了解桥跨结构的固有振动特性以及其在长期使用荷载阶段的动力性能,评价其在设计使用荷载下的工作性能.方法 在静载试验中,测试并分析了主梁挠度、主塔塔顶变位、斜拉索索力增量、主梁与主塔的截面应力.在动载试验中,测试桥跨结构的自振特性,并通过行车激振试验分析了桥跨结构振型产生的原因及在行车下的冲击作用.结果 在恒载和车辆荷载的作用下,索力在0.4σ以下,斜拉桥承受的疲劳载荷基本在0.03以下的活载应力幅值,测点的残余应变基本都在0.2以下;实测的阻尼比在0.97%～2.34%,主梁挠度与主塔塔顶变位的校验系数满足要求.结论 桥梁性能满足要求,对该种桥型应用平面程序对该桥进行分析计算时,要根据空间分析结果对翼板部分参与工作截面进行适当折减;桥跨结构整体受力合理,横向刚度大.     

超大跨度部分地锚式斜拉桥抗震性能研究

以1 400 m主跨的部分地锚式斜拉桥设计方案为工程背景,分别采用多振型地震反应谱方法和非线性时程分析法进行E1和E2地震作用下结构的地震反应分析,揭示超大跨度部分地锚式斜拉桥地震反应的特性以及结构非线性效应对其地震反应的影响。在此基础上,对相同主跨的全自锚式斜拉桥进行结构动力特性和地震反应的对比分析。结果表明:水平地震作用下桥塔和主梁的地震反应显著,桥塔的地震内力显著大于主梁,是结构抗震设计的关键构件,同时应特别重视桥塔的塔底和塔梁交接处、主梁的塔梁交接处和边跨辅助墩处等截面的抗震设计;结构几何非线性效应对结构地震反应影响显著,特别是在E2地震作用下,超大跨度部分地锚式斜拉桥地震反应分析宜采用非线性时程分析法;与相同主跨的全自锚式斜拉桥相比,边跨部分斜拉索改为地锚后,结构刚度和自振频率增大,桥塔的地震反应和主梁的纵向位移均显著减小,改善了结构的整体抗震性能,超千米主跨斜拉桥更适宜采用部分地锚式结构形式。     

部分斜拉桥力学性能分析

平顶山市湛河一桥主桥为双跨独塔单索面矮塔部分斜拉桥,为了分析该桥梁的力学性能,采用大型有限元通用软件ANSYS进行建模,主梁和塔采用空间梁单元(beam188)进行离散,拉索采用只承受拉力的空间杆单元(link10)模拟,建立了该桥梁的有限元计算模型,分别计算了桥梁的内力、自振频率和振型.计算结果表明,对于该矮塔部分斜拉桥,拉索对主梁的轴力和弯矩影响较大,主梁的刚度对桥梁整桥自振频率影响较大,该桥梁低阶振动主要表现为桥梁的整体竖向振动和横向振动.计算结果可为该桥的施工控制及使用阶段的健康检测和维护提供参考.     

超大跨度斜拉桥合理抗震结构体系研究

为研究超大跨度斜拉桥的抗震性能,以主跨1 400m的超大跨度斜拉桥设计方案为工程背景,采用多振型地震反应谱方法进行水平和竖向地震作用的结构反应分析,揭示超大跨度地震反应的特点,同时分析了主梁的高度和宽度、索塔结构型式、索塔高跨比、边中跨比、边跨辅助墩以及斜拉索锚固体系等设计参数对超大跨度斜拉桥地震反应的影响,探讨了其合理的抗震结构体系.结果表明:水平地震作用下桥塔和主梁的地震反应显著,桥塔的塔底截面和主梁在塔梁交接处截面的地震内力非常大,应特别重视这些截面的抗震设计;超大跨度斜拉桥当采用A型桥塔并降低其高度、短边跨并设置辅助墩以及斜拉索采用部分地锚方式时,结构地震反应小,抗震性能良好,是其合理的抗震结构体系.     

塔梁分离式悬索桥动力及抗震性能

针对塔梁分离式悬索桥具有塔底不等高及设置地锚索等特点,以矮寨桥为背景,基于9组空间有限元模型从主梁的支承条件、吊跨比以及地锚索的数量三个方面进行桥梁结构模态以及抗震性能分析.结果表明:在动力特性方面,塔梁分离对悬索桥振动模态影响十分微小,而吊跨比的增加会使悬索桥的整体刚度下降,加设地锚索能很大程度提高结构整体刚度;在抗震性能方面,塔梁分离提高了悬索桥横桥向的抗震性能,纵桥向基本无提升,随着吊跨比增大,主梁内力及位移响应减小幅度较大,而主缆和吊索内力几乎无变化,地锚索主要影响纵桥向地震响应,减小主塔位移与内力,降低了主缆与端部吊索的应力响应.     

润扬长江大桥框架式墩塔地震模拟形态分析

使用有限元分析软件ADINA,对润扬长江大桥多层框架式墩塔进行了非线性地震反应分析,地震作用下大跨度悬索桥横向性能和桥塔位移形态表明,悬索桥框架式桥塔的振动形态遵循一定的规律,桥塔的横向最大位移发生在塔顶,桥塔的最大弯矩发生在塔底,桥塔梁柱连接处产生弯矩极大值,桥塔的塔底和桥塔梁柱连接处将是桥塔的塑性铰潜在发展区。     

计入主塔刚度影响的三跨连续体系悬索桥竖弯频率估算公式

为方便计算三跨连续体系悬索桥的竖向自振频率,基于双塔三跨连续体系悬索桥,在计入主塔刚度的影响下,应用Rayleigh法,推导了一阶对称和反对称竖弯振动频率公式,并提出了主塔刚度影响系数的表达式,最后,对此公式的可行性进行了算例验证,并对适用范围进行了讨论。研究结果表明：主塔刚度对三跨连续体系的一阶正对称竖弯频率影响较大,进行频率计算时应计入主塔刚度的影响;主塔对竖弯基频的影响程度可通过主塔刚度影响系数计算得到;给出的能量法得到的竖弯基频计算值与有限元值误差能满足概念设计阶段的要求;该公式可用于简支单跨及三跨连续体系悬索桥的竖弯基频计算中。     

大跨度拱塔斜拉桥减震隔震分析

大跨度斜拉桥在地震作用下往往会发生各种形式的破坏,如采用必要的减、隔震措施,能够保证桥梁在地震作用下维持特有的力学性能.本文基于大型有限元软件ANSYS为计算平台,利用各种不同的地震动输入以及弹簧单元模拟塔梁结合形式出发,探讨了塔梁结合形式的不同对于大跨度桥梁减震隔震的效果.最后结合工程实例表明,对于大跨度拱塔斜拉桥设置减、隔震支座进行地震反应分析,结果发现只要塔梁结合形式选择合适,就能起到明显的减震效果.     

预应力混凝土部分斜拉桥的阻尼特性

以塔梁固结、墩梁分离的预应力混凝土部分斜拉桥为对象,通过桥梁的振动试验分析这类结构的阻尼特性,在此基础上应用非正交阻尼理论研究构件阻尼与振型阻尼比之间的关系,验证在小阻尼条件下结构振型阻尼比可以通过构件阻尼效果线性叠加得到的假定.讨论应变能比例阻尼理论计算结构振型阻尼比的特性,并利用实测和理论结果的对比探讨这类结构的构件阻尼比.结果表明,预应力混凝土部分斜拉桥的竖弯和扭转振型的阻尼比约为1%,小于普通预应力混凝土连续梁桥;应变能比例阻尼理论可近似估算结构的振型阻尼比,预应力混凝土主梁、混凝土墩塔、钢拉索和场地的材料阻尼比建议分别在1.0%、1.2%、0.1%、4.0%附近取值．     

H型斜拉桥桥塔横桥向结构抗震设计与分析

在工程实际中,通常需要在满足静力需求的基础上大幅提高塔底和横梁截面的配筋率来满足斜拉桥桥塔在罕遇地震作用下既定的性能目标,这种做法不仅不够经济,同时也增加了下部桩基础的抗震需求。通过对 H型桥塔斜拉桥桥塔结构设计参数进行研究,探讨了斜拉桥桥塔上横梁位置、塔柱横梁刚度比、上横梁与塔柱的约束条件以及桥塔上横梁进入塑性的程度对斜拉桥桥塔横桥向地震响应的影响。结果表明：斜拉桥桥塔上横梁位置变化、横梁刚度变化以及考虑上横梁的屈服耗能均能改变桥塔横桥向的地震响应,但结果并不显著,而改变上横梁与塔柱的约束条件能显著降低桥塔的横桥向地震需求。     

矮塔斜拉桥竖弯频率的能量法估算实用公式

为方便计算矮塔斜拉桥的竖向自振频率,基于双塔塔梁固结、墩支承的矮塔斜拉桥,应用Rayleigh法,推导了一阶对称和反对称竖弯振动频率公式,提出了名义单位质量的抗弯刚度的概念,对此公式的可行性进行了算例验证,并讨论了该公式的应用对象。研究结果表明：支承条件对该体系的竖弯频率影响较大,进行频率计算时应准确考虑支承条件;给出的能量法得到的竖弯基频计算值与有限元值误差能满足概念设计阶段的要求;该公式适用于双塔塔梁固结、墩支承的矮塔斜拉桥,抗风设计规范中的竖弯基频公式不适用于此类桥梁。