浅析曲线梁桥下部支承方式的设计

本文介绍了曲线桥梁的受力特点,分析了不同支承形式对曲线梁桥受力的影响,为曲线梁桥设计提供参考。     

爆炸作用下曲线梁桥的倒塌模式

桥梁是交通工程中的重要枢纽结构和社会开放性公共设施,在运营过程中存在意外爆炸和恐怖袭击导致结构损坏甚至倒塌的风险,研究桥梁结构在遭受爆炸冲击后的倒塌模式显得尤为重要。利用流固耦合方法和三阶段方法数值模拟曲线梁桥在桥墩受到爆炸后的破坏效应和倒塌过程。结果表明:200 kg TNT炸药在曲线梁桥中间单柱墩底起爆后,墩柱被迅速逐层破坏,在重力作用下桥梁逐步倒塌,单柱墩是桥梁抗爆防爆设计的关键构件,应加强对墩柱的防护。连续刚构曲线梁桥的倒塌模式会表现出墩柱破坏、梁体下垂、支座处梁底破坏、梁端坠落和梁体在悬臂根部折断等破坏形态。桥台支座是曲线梁桥的重要支撑连接构件,支座或其附近区域破坏是主梁落梁的重要原因,建议在立交桥的抗爆设计中采取强连接约束措施以延缓或防止桥梁倒塌。     

不同约束体系曲线梁桥震害调查及损伤模式分析

为明确地震作用下曲线梁桥震害成因、结构传力机制及薄弱部位,对采用不同约束体系的曲线梁桥进行震害调查及损伤模式分析。归纳总结了汶川地震中采用不同约束体系的曲线梁桥震害;采用非线性时程方法,对比分析了不同水平地震动作用下不同约束体系曲线梁桥构件损伤状态及损伤顺序,探讨了不同约束体曲线梁桥传力机制及耗能机制。研究结果表明:曲线梁桥典型震害主要表现为主梁刚体移位,并伴有转动,主梁移位易导致其与桥台、挡块等发生碰撞,抗震分析中应考虑主梁双向碰撞效应的影响;约束体系为桥梁系统关键薄弱部位,在地震作用下易发生损伤,可将其设计为"保险丝式"单元;不同约束体系曲线梁桥的震害表现及传力机制差异明显,主要取决于约束体系的力学特性,对于采用橡胶支座的桥梁应设置合理限位装置,设置固定墩的桥梁应加强桥墩塑性铰区设计。     

三维地震动作用下曲线连续梁桥减震控制研究

为了减少双支承曲线梁桥的地震破坏效应,提出了利用液体粘滞阻尼器进行曲线梁桥减震控制的方法,建立曲线连续梁桥的空间有限元模型和动力仿真模型,在桥梁墩台活动支座部位设置切向和径向液体粘滞减震装置,输入三维地震动计算分析了桥梁主动控制、半主动控制和被动控制三种减震方法的减震效果。结果表明,曲线梁桥的地震反应表现出显著的纵桥向与横桥向的耦合特性,在减震控制计算时必须同时输入三维地震动并设置纵横向减震装置。粘滞阻尼器能够控制曲线梁桥内外墩的内力趋于接近,三种减震控制方法均能有效地减小曲线梁桥的梁端位移和固定墩墩底内力,且三种方法的减震效果和地震反应时程的差别均相对较小,主动控制和半主动控制没有表现出明显的优越性,建议在实际曲线梁桥的抗震减震设计中应用粘滞阻尼器被动控制。     

近断层地震动下曲线梁桥碰撞效应研究

桥梁的地震碰撞会导致结构局部破坏,甚至造成落梁、倒塌等严重灾害,曲线梁桥的非规则性使得其碰撞效应与直梁桥显著不同。对一典型的三跨曲线梁桥建立多尺度有限元数值模拟模型,利用三维接触-摩擦模型结合显式动力接触算法模拟曲线梁桥上部主梁间的碰撞,研究了近断层地震动下碰撞效应对曲线梁桥地震反应的影响,并对地震动参数、碰撞刚度、伸缩缝间隙及曲率半径进行了详细的参数影响分析研究。研究结果表明:曲线梁桥地震响应受非均匀碰撞影响显著,碰撞限制了主梁相对位移;近断层脉冲地震较其他两类地震对曲线梁桥碰撞效应的影响更为显著,碰撞力最大值随着碰撞刚度和曲率半径的增加而增大,随着伸缩缝间隙的增大而减小,主梁相对位移响应则相反;外侧切向位移较大,落梁很有可能从曲线梁外侧发生。     

城市曲线梁桥爬移现象及解决措施研究

曲线梁桥因其自身特点,易产生爬移现象,既影响行车舒适性,又危害桥梁结构安全。该文首先回顾了影响爬移的重要因素,然后以北京某曲线桥梁为背景,建立了数值模型,探讨了恒载、活载、混凝土收缩徐变、温度、预应力等荷载作用下结构的受力特点,与实际桥梁检测结果对比,探讨了桥梁爬移形成的主要原因。此后探讨了缓解曲线桥梁爬移的主要思路,力图通过合理设计支承形式、合理设置支座预偏心、支座形式优化等方式缓解曲线桥的爬移效果。该文研究表明:合理设置支座预偏心、支承形式优化适用于车流量小,半径小的曲线匝道桥。支座形式优化适用于车流量大,曲率半径大,抗扭能力更强的曲线梁桥。新建曲线梁桥在适当条件下,单独或综合使用以上三种技术措施,可以有效预防爬移病害的发生。     

小半径曲线梁桥受力特性及设计对策

本文通过对曲线梁桥的内力和病害的分析,讨论了曲线梁桥的设计与直线梁桥的设计的区别,重点探讨小半径曲线梁桥的设计要点以及避免病害产生的设计对策。     

列车通过小半径反向曲线桥梁的动力相互作用分析

以新建的某铁路货运专线上的反向曲线上的小半径曲线桥梁为例,考虑列车曲线通过的特点及轮轨非线性相互作用,建立空间的列车和曲线桥梁的振动方程,运用模态叠加法求解振动方程。通过车桥耦合振动专用分析程序VBC2.0的数值分析,得出列车通过该反向曲线上小半径曲线梁桥的一些振动规律,并给出我国货运列车通过该桥梁的合理行车速度及其他建议。     

考虑地震动随机性的隔震曲线连续梁桥动力响应分析

隔震曲线梁桥因结构形式的复杂性与独特性,其地震响应相较于隔震直线梁桥更为复杂。为了研究地震动随机性对隔震曲线梁桥动力响应的影响,建立了某三跨隔震曲线梁桥有限元模型,对不同地震动入射角及不同地震动强度下的隔震曲线梁桥进行了非线性时程分析,同时考虑了曲线梁桥圆心角及隔震支座非线性的影响。以典型地震波为例,研究了隔震支座位移、中墩墩底剪力随地震动入射角、地震动强度及曲线梁桥圆心角的变化规律。结果表明:地震动入射角的随机性对隔震曲线梁桥切向及径向的地震响应有显著影响。切向响应与径向响应最大值所对应的最不利入射角相差约90°;相较于中墩支座,边墩支座的位移响应受曲线梁桥圆心角的影响更大;与中墩径向剪力相比,其切向剪力对圆心角的变化更加敏感;相同地震动入射角下,圆心角的增大使得隔震曲线梁桥中墩受力更加不均衡;当地震动沿着最不利入射角输入时,在同一峰值加速度的地震动作用下,不同圆心角的隔震曲线梁桥的动力响应基本一致。     

曲率半径对曲线箱梁桥车辆荷载作用下冲击效应的影响

针对复杂的车桥耦合振动问题,桥梁结构采用三梁式模型进行离散,首先基于ANSYS提出了简便的分离迭代解法,给出了该问题的详细推导过程和计算步骤,同时通过现场试验对所提出的方法进行了验证。通过快速傅里叶逆变换采用三角级数方法模拟了桥面不平度及其速度项,考虑车辆在曲线梁桥上的行驶偏心,分析了曲率半径和车速对曲线梁桥冲击效应的影响。结果表明:曲线梁桥的位移和内力动力放大系数大于直线梁桥的,且不同位置不同项目的内力和位移之间的动力放大系数的数值差别很大。内力和位移的动力放大系数对曲率半径的变化的敏感性各不相同,当曲率半径小于某个特征值后,动力放大系数变化很大。     

多点激励下非规则高墩曲线桥梁地震响应试验研究

根据结构模型振动台试验相似理论和大跨结构多点激励理论,以某非规则钢筋混凝土高墩曲线连续梁桥为研究对象,建立缩尺比为1∶20的桥梁结构试验模型,研究该非规则曲线桥梁模型在地震波多点激励作用下结构的地震响应规律。研究表明:随着地震波强度等级增大,非规则曲线桥梁结构一阶频率下降速度先快后慢,阻尼基本呈线性增加;非规则曲线桥梁结构地震响应具有明显的空间性;局部地形效应对曲线桥梁结构地震响应有放大作用;不同频谱地震波对非规则曲线桥梁结构地震响应影响各异,且差别较大。因此,在非规则高墩曲线梁桥结构抗震分析中应考虑多点激励效应的影响。     

框架式曲线梁桥铰接构造地震反应研究分析

该文针对框架式曲线梁桥铰接构造的地震反应进行分析研究,以美国强震带的一实际桥梁为例,通过OpenSees平台建立全桥三维模型并精细模拟铰接点的咬合构造和限位装置,采用时程分析获得铰接构造内的易损伤位置、损伤过程及地震激励角度对铰接点地震反应的影响。研究结果表明:框架式曲线梁桥铰接构造内的纵向限位钢筋,横向受压支撑垫是抗震薄弱构件;铰接构造内纵向限位钢筋的锚固区混凝土以及咬合位置受拉区混凝土在地震中容易产生开裂破坏;非对称框架式曲线梁桥不同铰接点地震反应相差很大,墩高对称布置会令该差值减小;纵桥向地震激励下,铰接点纵向限位装置损伤较大,咬合区域竖向地震反应较大,但这一地震激励会均化不同铰接点处横向限位装置的损伤程度;横桥向地震激励下,铰接点横向限位装置损伤较大,咬合区域横向地震反应较大,但这一地震激励会均化不同铰接点处纵向限位装置的损伤程度。     

多维非平稳随机激励下隔震曲线梁桥的非线性振动控制EI北大核心CSCD

隔震曲线梁桥的平面不规则性引起的弯扭耦合效应,使其地震响应与隔震直梁桥相比更加复杂,为了有效的抑制隔震曲线梁桥地震中过大的梁体及支座位移,采取半主动控制策略来保证其安全性。采用经典的Bouc-Wen模型,建立考虑上部结构偏心的隔震曲线梁桥非线性振动控制方程,将该方程等效线性化后,输入考虑扭转分量的多维非平稳随机激励。利用混合精细积分法对无控、经典最优控制(COC)以及序列最优控制(SOC)后的隔震曲线梁桥进行随机响应分析。结果表明:在罕遇非平稳随机激励下,隔震曲线梁桥的动力响应呈现出非平稳特性,且考虑扭转分量的多维非平稳随机激励对隔震曲线梁桥动力响应影响要大于未考虑扭转分量下的;运用经典最优控制以及序列最优控制控制下的隔震曲线梁桥各个方向的的动力响应都有明显的减小,且结构动力响应的非平稳特性也得到了明显的抑制。     

曲线梁桥地震响应的简化分析方法

曲线梁桥的平面不规则性引起的弯扭耦合效应,导致了地震响应的复杂性。对弹性支座上的刚性桥面系统建立了具有刚度偏心的简单曲线梁桥模型,给出了自振特性和地震响应的简化计算方法。通过数值模拟比较,系统地分析了各种影响因素及其对曲线梁桥动力响应的影响规律和计算图表,可以在抗震初步设计中参考使用。     

曲线梁桥计算模型的探讨

文章通过对多个曲线半径、相同跨径的钢筋混凝土曲线梁桥和相同跨径的直线梁桥运用有限元分析软件MIDAS/CIVILL进行结构计算,再通过分析比较,讨论曲线梁桥内力及位移与曲线半径的关系,找到曲线半径对整个结构受力的影响规律,得出在平常设计中"以直代曲"的简化设计思想,指导设计工作。     

预应力混凝土曲线桥极限承载能力分析

针对梁段法难以客观分析预应力混凝土(P.C.)曲线桥梁极限承载能力的问题,提出采用实体退化单元的三维分析方法。基于经典的三维实体等参元和梁、板壳等理论,提出了新型实体退化单元,建立了用于钢筋模拟的三维弥散模型,从几何非线性、材料非线性及求解方法等三个方面对极限承载能力分析的具体实现方式进行了讨论。用一试验结果对该方法进行了验证,并将其用于四跨P.C.曲线梁桥,从破坏型式、应力变化及变形发展等方面对结构极限状态进行了分析。结果表明:该方法通用、可靠,应用于实桥是可行的,为更深入了解P.C.曲线梁桥极限状态性能提供了新的方法。     

基于性能的中小跨径装配式梁桥地震易损性分析

标准跨径装配式梁桥由于造价低廉,便于设计和施工,在中国公路路网中广泛使用,成为公路网应用最多的桥型结构。虽然使用广泛,但是针对具有这种设计特点桥梁的地震易损性的研究还比较少。本文以典型的多跨梁桥为例,以使用功能作为设防目标定义了桥梁的5种性能水平,提出了详细的桥墩损伤指标界定值作为桥墩4种损伤极限状态界定准则。在此基础上,明确提出了这类桥梁的地震易损性分析方法,考虑了结构本身主要材料的不确定性和地震动输入的不确定性,得到了结构的地震易损性曲线。根据易损性分析结果,探讨了桥梁失效模式和损伤概率,为公路路网抗震能力分析和应急预案的制定提供了理论依据。     

公路斜交梁桥地震易损性模型研究

采用增量动力分析方法建立公路斜交梁桥地震易损性模型并开展易损性简化计算方法研究。依据不同的墩柱形式、支承形式及新旧规范将公路斜交梁桥分成8种桥型,统计桥梁结构参数并采用随机抽样方法确定其相应取值,依此装配生成240个基准桥梁样本,同时进行斜交角度变换建构新的桥梁样本。基于增量动力分析方法对相同斜交角下桥梁样本进行分析并建立易损性模型,重点研究斜交角与易损性参数之间的关系。研究发现:易损性模型中位值大致随斜交角的增加而减小,对数标准差则呈相反趋势。以计算得到的易损性模型参数为样本,拟合提出适用我国斜交梁桥的中位值修正系数公式,同时给出对数标准差的建议值,进一步总结公路斜交梁桥地震易损性简化计算方法,结果可为后续斜交梁桥地震风险评估及加固规范修订提供参考依据。     

多跨简支曲线轨道折线梁桥空间振动分析模型

提出了一种多跨简支曲线轨道折线梁桥的空间振动分析模型,采用20自由度的梁段单元,可方便考虑T型梁横向与竖向弯曲、自由扭转、约束扭转等变形,选取正交流动坐标,建立了曲线轨道折线梁桥的动力特性矩阵,特别适用于曲线轨道折线梁桥与列车的空间振动分析。在实例研究中,计算了提速列车通过32m曲线轨道折线梁桥时的空间振动响应,并检算该桥是否具有足够的刚度及良好的运营平稳性,可供有关部门参考。     

考虑纵坡影响的曲线梁桥地震碰撞响应试验研究

地震作用下,碰撞会显著影响桥梁的地震响应规律。现阶段碰撞效应对桥梁地震响应影响规律尚不明晰,碰撞效应参数影响分析尚不全面,特别是考虑纵坡影响的桥梁碰撞响应分析尚处空白。以某小半径带坡曲线桥为对象,设计并制作其1/10缩尺模型,设计了可调式碰撞测试装置,通过调整碰撞间隙大小,分别对发生碰撞前后的模型桥进行了振动台试验,重点探究了碰撞对有纵坡曲线梁桥主梁、桥墩地震响应的影响。结果表明:碰撞会导致曲线桥主梁的旋转效应增大,并引发梁端较大的水平加速度响应脉冲;纵坡会造成低墩处的碰撞力大于高墩处的碰撞力,并引起主梁显著的竖向动力响应;此外,碰撞会放大桥墩墩顶位移响应,增加曲线桥桥墩在地震中的破坏风险。