线路改造对既有铁路某上承式拱桥地震反应的影响

本文以一座3跨53m上承式钢筋混凝土肋拱桥为研究对象,针对线路改造前、后结构的二期恒载及边界约束条件的改变情况,详细分析了改造前、后桥梁的动力特性及地震反应的变化规律,最后对桥梁抗震性能进行了评价。结果表明:(1)线路改造后,桥梁横向振型自振频率减小;纵、竖向振型自振频率增大。(2)线路改造后,桥梁地震反应变化较为明显,纵桥向地震反应增加约10%,横桥向地震反应增大30~70%。(3)线路改造后,主拱肋控制截面的钢筋拉应力增幅在5-20%之间,但小于材料对应的容许应力,表明线路改造后桥梁的抗震性能仍能满足规范要求。     

预张力钢结构屋盖的抗震反应方法研究

分别采用振型分解反应谱法和时程分析法,考虑结构的几何非线性和预应力效应,计入阻尼比和前50阶振型的贡献,以郑州国际会展中心展厅钢屋盖为例计算了预张力钢结构屋盖在水平地震作用以及竖向地震作用下的动力反应。结果表明:抗震分析必须计算竖向地震作用;振型分解反应谱法能够反映出结构的地震响应规律;有必要对大跨空间结构进行时程分析;桅杆是主要受力构件。分析结果为抗震设计提供了参考依据,可以进一步了解和掌握此类新型结构。     

Kiewitt型弦支穹顶结构自振特性研究

弦支穹顶结构的自振特性是其本身固有的重要力学性能.运用有限元方法,基于ADINA软件建立了大跨度Kiewitt型弦支穹顶结构非线性动力特性分析的有限元模型.首先对35.4m跨度的K6型弦支穹顶结构进行了自振性能分析,得出结构前15阶自振频率及振型,由于弦支穹顶结构的对称性,其前15阶自振频率数值密集且变化均匀,说明结构的刚度分布均匀合理;前两阶振型水平与竖向振动同时存在,后几阶以竖向振动为主.着重针对环索预应力、撑杆长度、杆件截面、矢跨比四个因素对自振频率的影响进行了分析,拉索预应力及杆件截面对自振频率的影响非常小,矢跨比是影响自振性能最敏感的因素.     

超高层建筑竖向地震响应的特点与应对方法

计算了6个不同高度和不同结构体系的超高层建筑模型的竖向自振周期和竖向地震响应;分析了超高层建筑竖向构件和水平构件的竖向地震动响应特征。研究发现,超高层建筑水平自振周期远大于场地特征周期,而竖向自振周期则与场地特征周期接近,竖向振动响应得到放大。根据设计反应谱,对于各种抗震设防烈度,结构总竖向地震作用标准值FEvk都至少是结构总水平地震作用标准值FEk的2. 44倍。进而提出描述超高层建筑受到竖向地震全过程的4个概化模型,并指出规范简化算法的局限性。提出竖向地震作用对P-Δ效应与P-δ效应的放大主要体现在P值增大,使得"重力二阶效应"变成"重力与竖向地震响应共同作用下的二阶效应"。采用时程分析法研究了水平构件振动加速度响应,提出二次振动和竖向构件错动对水平构件振动响应有显著影响。分析了采用振型分解法计算超高层建筑竖向地震响应时质量参与系数偏低的原因,并指出当结构高度超过某一数值时,竖向地震作用下的结构第一阶振型会从竖向振动转变为水平摆动。     

大跨异形钢连廊连体结构振动台试验研究

为研究高烈度区大跨异形钢连廊连体结构的抗震性能,开展1/30缩尺模型的模拟地震振动台试验。通过33个工况,分析连体结构的破坏特征、动力特性、加速度、位移和应变响应。结果表明：8度多遇和设防地震作用下,连体结构未发生破坏,自振频率无明显改变,基本为弹性状态;随着地震动强度的增大,连体结构的损伤逐渐累积,自振频率逐渐下降,主楼和附楼I的加速度放大系数逐渐减小,钢连廊与附楼I连接处发生微小裂缝,钢连廊跨中的竖向加速度放大系数先减小后增大,同时钢连廊对竖向振动放大效应明显,且带有明显的扭转反应;8度罕遇地震作用下,主楼和附楼I的剪力墙、框架柱出现裂缝,钢连廊与附楼I连接处的破坏加剧,其竖向自振频率下降了3.37%。连体结构的薄弱处位于钢连廊与附楼I的连接处,该处发生局部锚固破坏。连体结构的层间位移角未超过抗震规范的限值,满足“小震不坏”和“大震不倒”的抗震设防要求。     

地铁上盖层间隔震结构竖向地震响应

为了考察地铁上盖大底盘-层间隔震塔楼在竖向地震作用下的响应,对大底盘-层间隔震塔楼竖向振型的特点、周期和振型质量参与系数进行了分析。在设防烈度竖向地震作用下,通过振型分解反应谱法和时程分析法考察大底盘-层间隔震塔楼结构的基底剪力、隔震垫反力和转换梁内力,研究塔楼高度、隔震层竖向刚度等参数对大底盘-层间隔震塔楼竖向地震响应的影响。结果表明:大底盘-层间隔震塔楼结构存在塔楼竖向主振型,随着塔楼高度增高,竖向主振型的周期和振型质量参与系数逐渐加大; 在设防烈度竖向地震作用下,塔楼底部竖向地震力与重力荷载代表值之比(垂重比)的平均值为0.35,比非隔震塔楼平均增大4.6%; 隔震垫竖向地震反力与重力荷载代表值下反力之比(反力比)的平均值为0.30; 大底盘转换梁竖向地震下弯矩与重力荷载代表值下弯矩之比(弯矩比)的平均值为0.31; 随着塔楼高度增大,垂重比、隔震垫竖向反力比以及转换梁弯矩比均相应减小。     

多方向梁与型钢混凝土梁柱连接节点的性能设计分析

某抗震设防烈度为8度的大底盘裙房多塔结构,塔楼位置不对称。商业东北角入口处,塔楼B的三层位置,有室外人行天桥,人行天桥落在长悬挑梁上,正交方向商业部分有长悬挑梁,斜交方向有商业部分的大跨度框架梁,此梁柱节点为型钢混凝土梁柱节点。采用的竖向振型分解反应谱法、简化竖向地震分析法和考虑竖向地震作用的时程分析方法对长悬挑构件进行地震作用分析。采用ABAQUS有限元分析软件对节点进行了中大震性能设计。分析结果表明:在小震作用下,节点域框架梁和悬挑梁的梁端剪力和弯矩在采用规范竖向振型分解反应谱法和竖向地震简化计算分析时,各截面内力结果差异不大,考虑竖向地震作用的时程分析法计算的底部剪力小于振型分解反应谱法;在中震和大震承载力不屈服性能目标设计下,悬挑梁梁端的剪力和弯矩同小震没有明显变化,但框架梁梁端的剪力和弯矩的显著增大;节点和构件均能满足设定的性能目标。     

短程线型单层球面网壳抗震分析

本文采用子空间迭代法分析了不同跨度、矢跨比、网格尺寸、屋面荷载和支座刚度的短程线型单层球面网壳的自由振动特性,采用振型分解反应谱法计算了上述网壳在不同地震设防烈度和场地条件下的地震反应。通过计算分析,得出了网壳自振周期的变化规律,并建议了其竖向和水平向的地震内力系数的取值。     

高烈度区曲线斜拉桥地震反应特性分析

针对高烈度区曲线斜拉桥工程,采用有限元软件SAP2000建立动力分析模型,并结合曲线桥的特点确定地震动输入方向,进而对桥梁动力特性与地震反应进行分析,其中重点关注曲线斜拉桥的耦合效应。结果表明:桥梁关键位置处在各阶振型下各方向的位移耦合现象较明显;内、外侧斜拉索的动索力相差约20%,将引起主塔截面扭矩,但影响不大;曲线桥存在较为明显的双向弯矩耦合效应,使截面受力更为不利。高烈度区曲线斜拉桥的抗震设计是一个亟须关注的问题。     

2008奥运羽毛球馆新型预应力弦支穹顶结构动力特性及地震响应分析

奥运羽毛球馆弦支穹顶直径93m,为目前世界跨度最大的弦支穹顶结构。对其建立有限元模型,进行动力特性分析,提取结构前60阶自振频率和模态振型得出,结构模态频率密集,振型以中间张弦穹顶竖向振动为主等特点;合理选取地震波对结构进行水平和竖向地震时程分析,提取结构上部网壳与下部索杆在地震作用下的动内力变化数值,并与反应谱法结果进行比较,得出结构径向杆件地震动反应最大,水平向地震起控制作用等特点,可为相关结构的抗震设计提供参考。     

塔楼结构及其支护体系抗震性能分析

为了研究塔楼结构及其支护体系的动力稳定性、抗震性能,并分析支护结构对塔楼抗震性能的影响,以西安市某塔楼结构及其排桩挡墙为研究对象,基于ABAQUS软件建立三维仿真模型进行分析。结果表明:在0.2g(g为重力加速度)的El Centro波作用下,支护结构整体侧向位移划分为2个时间段,0 s≤t≤5 s支护结构在初始平衡位置往复振动,5 s<t≤30 s支护结构位移急剧增大,背土侧的水平位移达到10 mm后发生破坏; 动弯矩峰值出现在桩身高度16 m处,地震波幅值为0.1g时最大动弯矩为6 200 kN·m,当地震波幅值变化到0.2g时,最大动弯矩增加了3 900 kN·m,当地震波幅值变化到0.4g时,最大动弯矩增加了9 100 kN·m,随着地震波幅值增加,最大动弯矩增长幅度越来越大,说明地震波幅值对桩身弯矩的影响较大; 支护后的塔楼在8度设防烈度下各层最大水平位移在整体上小于支护前,小震作用下最大水平位移比支护前减小了2.27 mm,中震作用下最大水平位移与支护前基本持平,大震作用下最大水平位移比支护前减小了22.63 mm,支护后的层间位移角也略有减小,说明排桩挡墙有效保障了塔楼的抗震性能。     

大跨斜撑无柱地铁车站结构地震响应分析

为研究大跨斜撑无柱地铁车站地震响应特性,基于三维静-动力耦合非线性有限元模型,分析在不同地震动作用方向下的地震响应规律,揭示结构地震损伤演化过程。分析表明:设防地震和罕遇地震作用下车站结构的最大层间位移角分别为1/1 352和1/602,满足规范要求;地震作用对斜撑轴力、侧墙端部剪力和底板跨中弯矩的放大作用显著;随输入地震动强度的增加车站顶板加速度放大系数依次减小,竖向地震动对相对竖向位移的影响不可忽视;斜撑两端、墙板交界处和开窗周围区域是结构的抗震薄弱部位;强震作用下,车站结构塑形损伤积累且地震动空间效应显著,宜按空间问题进行抗震分析。研究成果可为类似结构的抗震设计与分析提供参考。     

钢管混凝土组合桁梁桥近、远场抗震性能

基于对传统预应力混凝土连续刚构桥的优化,提出了钢管混凝土组合桁梁桥结构形式,即上部结构采用矩形钢管混凝土组合桁梁,下部结构采用圆形钢管混凝土格构式桥墩。采用数值分析手段对比研究了传统预应力混凝土连续刚构桥、连续刚构优化桥型及新型钢管混凝土组合桁梁桥在近、远场地震作用下的抗震性能。结果表明:钢管混凝土组合桁梁桥、连续刚构优化桥型抗震性能要明显优于传统混凝土连续刚构桥,且钢管混凝土组合桁梁桥抗震性能更佳,近场地震作用下桥墩弯矩下降达41.9%,剪力下降达66.1%,远场地震作用下桥墩弯矩下降达37.5%,剪力下降达76.4%;相较远场地震,近场地震作用致使结构输入的地震能量大幅增加,相同桥型桥墩位移最大增幅达5.7倍,桥墩弯矩最大增幅达3.5倍;钢管混凝土组合桁梁桥是一种抗震性能优越的桥梁结构形式,可为西部地区装配式钢混组合桥梁的设计选型提供参考。     

梁端柔性对装配式框架结构的内力影响

通过采用有限单元法进行分析,研究了柔性连接对框架结构内力的影响。研究表明,在竖向荷载作用下,相比较于刚性连接,梁端弯矩和柱脚弯矩均减小,而梁跨中弯矩变大。在水平荷载作用下,相比较于刚性连接,梁端弯矩减小,底层柱脚弯矩明显增大,此时梁跨中的弯矩几乎没有变化。当水平荷载和竖向荷载共同作用时,刚性连接与柔性连接之间的内力差别也是显著的。     

荆岳长江大桥结构体系减震效能分析

荆岳长江大桥主桥为主跨816m双塔不对称混合梁斜拉桥,滩桥为主跨154m的七跨连续预应力混凝土梁桥;大桥抗震设防标准为8级;主要对抗震设防标准、性能目标和输入地震动参数、减震耗能装置进行研究;建立动力分析模型,采用反应谱和线性和非线性时程分析方法分析了主桥不同约束状态下的地震响应,以及大桥结构体系的减震效能,验证减震结构体系的合理性。     

独柱塔空间缆索自锚式悬索桥动力特性分析

为研究独柱塔空间缆索自锚式悬索桥的动力特性,以南京江心洲大桥为工程背景,运用有限元软件Midas/civil 2015,分别建立了成桥状态的墩底固结模型和桩-土相互作用模型,对比分析了桩-土相互作用对结构动力特性的影响,并分析了恒载集度、加劲梁刚度、桥塔刚度、主缆刚度以及吊杆刚度对该类桥梁动力特性的影响规律。分析结果表明,考虑桩-土相互作用时,结构自振周期延长了1.4s,并且振型发生了变化;恒载集度主要影响结构竖弯振型;加劲梁竖向刚度对结构竖弯振型影响较大;加劲梁扭转刚度对结构各主要振型影响均不明显;桥塔纵向刚度主要影响结构纵飘振型;桥塔横向刚度对桥塔横弯振型影响较大;主缆抗拉刚度主要影响加劲梁竖弯振型;吊杆抗拉刚度的提高对结构整体刚度的贡献可以忽略。     

高阶振型对大跨度两塔悬索桥地震反应的影响

结合一座大跨度两塔悬索桥的工程设计实例,采用反应谱法对其进行了线性地震反应分析,详细讨论了高阶振型对大跨悬索桥地震反应的影响,分析结果表明：高阶振型对大跨度两塔悬索桥地震反应有很大影响,特别是对主塔的地震反应,而高阶振型对位移反应的影响较小。     

曲线连续梁桥在车辆制动作用下的动力响应

以某一匝道公路曲线连续箱梁桥为例,分析了该类桥梁的空间车桥耦合振动问题。用ANSYS软件模拟梁桥,选用典型的三轴空间车辆模型,采用模态综合法编制公路曲线车桥耦合振动响应MATLAB程序,获得了车辆制动作用下曲线连续梁桥的动力响应及冲击系数,研究了初速度、制动位置、制动力上升时间、桥面平整度等参数对冲击系数的影响。结果表明:车辆制动时,主梁最大挠度、挠度和内力冲击系数没有随初速度的增大而单调递增或递减,但均明显大于车辆以相同初速度匀速行驶时的结果,且可能超过规范值。在桥前半跨内制动时,挠度和跨中剪力冲击系数大于在后半跨度内制动情况,同时,当车辆制动位置大于半跨且越靠近支点时,车辆制动时挠度和内力冲击系数越接近匀速时的结果。随着曲率半径的增大,桥梁的挠度、弯矩和扭矩冲击系数逐渐减小,而剪力冲击系数逐渐增大;弯桥的挠度、弯矩和扭矩冲击系数大于直线桥结果,紧急制动易于加剧桥梁的振动。     

Static and seismic studies on steel/concrete hybrid towers for multi-span cable-stayed bridges

A new type of hybrid high tower is proposed and applied to a multi-span cable-stayed bridge. This is basically a sandwich type structure and consists of a steel double box section filled with concrete. The filled concrete increases its strength due to the confined effect and the steel plates increase the resistance against local buckling because the deformation is restricted by the filled concrete. Therefore, this hybrid tower is expected to have high bending and compressive strength, and also a good ductile property. First, static analysis is conducted for different live load intensity and distribution because the multi-span cable-stayed bridge is a new structure and its static behavior is not fully understood. The live loads distributed in alternate spans give larger bending moment of the towers than the live loads distributed in full spans. Towers with three different heights are also studied, showing that the higher tower produces smaller displacements and bending moments. Safety of the tower is checked by the limit states design method. Serviceability is not a major problem for the hybrid tower. Second, seismic analysis is carried out for a multi-span cable-stayed bridge subjected to the medium and ultra-strong seismic waves specified in Japanese Seismic Code for Highway Bridges. Three support conditions of the girder at the tower cross beams are compared: movable, connection with linear springs and bi-linear springs. Bi-linear springs are very effective in reducing the dynamic displacements and bending moments of the towers. Restorability of the composite tower is checked when an ultra-strong seismic wave hits the model bridge. This study shows that a new steel/concrete hybrid tower is feasible for multi-span cable-stayed bridges and most effective for seismic forces when the girder is connected with bi-linear springs.