大跨度斜拉桥考虑桩土耦合效应下的动力响应分析

利用推导的黏弹性边界的等价形式处理土对结构的影响,分别采用时程分析、虚拟激励法计算结构的响应与内力。通过分析发现,由于苏通桥桩长,考虑土-结构相互作用后,结构整体刚度明显变小,其自振周期变长,结构位移明显比不考虑相互作用时增加。桩-土相互作用的存在使上部结构内力减小;相对于承台固结模型,考虑桩-土-结构相互作用使结构位移增大;与此同时主塔塔底、辅助墩及过渡墩墩底的剪力、弯矩减小,因此桩基础是控制抗震设计最关键的地方之一;鉴于地震波的输入组合对结构响应影响较为明显,在抗震设计时,需多工况输入组合求出地震作用下内力与位移的最大值组合才能保障结构的安全可靠。     

不同类型地震动作用下双柱墩梁桥的隔震控制

远场类谐和地震动更易引起桥梁破坏,为此,以某双柱墩梁桥为结构,分别建立抗震模型与隔震模型,分析其在远场类谐和地震动与普通地震动下的动力响应,揭示隔震后主梁、墩柱和支座的地震响应变化。此外,分析SSI效应时隔震梁桥的主梁位移、桥墩弯矩和剪力以及墩顶位移变化规律。结果表明;远场类谐和地震动下隔震可减少主梁纵桥向位移防止主梁与桥台碰撞,当类谐和地震动峰值加速度较大时,隔震梁桥桥墩横桥向地震响应较抗震结构会有所增大,带来不利影响;考虑桩-土作用的梁桥墩-系梁连接点纵向弯矩随着桩-土刚度减小而增大,墩-系梁连接点容易发生纵向弯曲破坏。     

基于不同隔震体系的预制拼装桥墩桥梁结构 地震响应分析

为了研究预制拼装桥墩桥梁结构的地震响应,基于OpenSEES有限元分析软件建立墩顶隔震和墩底隔震的预制拼装桥墩连续梁桥分析模型; 通过分析桥梁模型在3组不同强度、不同特性地震动激励下的动力特性、位移、内力、残余位移、预应力筋预应力、接缝压力等参数的变化,对隔震体系的隔震效果进行评估并给出了墩底隔震桥梁的设计建议。结果表明:预制拼装桥墩连续梁桥采用墩顶隔震体系和墩底隔震体系均可以大幅减小桥梁在地震中的位移和内力,延长桥梁自振周期; 采用墩梁固接、墩底隔震的桥梁结构相比于直接采用隔震支座连接墩梁的桥梁结构具有更长的自振周期、更小的震中位移和墩顶残余位移,表现出更好的隔震效果,在大地震中墩底隔震体系隔震优势更加明显; 采用墩底隔震体系的桥梁预制拼装桥墩会有更大的预应力变化、预应力损失和接缝竖向压力,因此隔震支座也应具备更高的性能。     

考虑土-结构相互作用的大型风电结构地震响应分析

为研究地震易发区土-结构相互作用(SSI效应)对大型风电结构地震响应的影响程度,该文以某2.5MW大型风电结构为对象,首先建立其“叶片-机舱-塔架-基础-土体”耦合的精细化整体有限元模型,并基于场地土特性设置土体参数。其次,利用PEER数据库选取四种不同类型地震动,在考虑土体非线性特征的基础上,通过EERA程序得到实际土层底部的地震动加速度时程序列。最后,以风电结构塔顶位移、塔身应力、加速度及塔底内力响应为地震响应的分析指标。结果表明：远场地震动作用下大型风电结构动力响应较近场地震动作用下更大;考虑SSI效应会降低风电结构的自振频率,使塔顶相对位移时程出现不平稳现象,并更易激发结构高阶振型;在高频成分显著的近场非脉冲型地震动作用下,考虑SSI效应前后风电结构塔身最大应力以及塔底最大剪力与弯矩差异较大。在以后大型风电结构的设计中应更加细致地考虑SSI效应的影响,尤其是在高频地震作用下。     

多点多维地震激励大型渡槽隔震地震响应研究

本文对大跨隔震渡槽在多维多点地震激励下的动力行为进行研究,重点探讨了地震动空间效应对渡槽槽墩墩底弯矩、墩底剪力和槽身位移的影响。结果表明:隔震能有效减小渡槽槽墩的墩底弯矩和墩底剪力及调节渡槽槽身惯性力在各渡槽槽墩之间的分配;渡槽采用隔震后,地震波的空间效应对渡槽结构动力响应的影响较大程度的降低,并可达到工程设计可接受的范围内,在计算隔震渡槽结构响应时可不考虑地震波空间效应的影响。     

长周期地震波对超高层框架-核心筒结构抗震性能的影响研究

以第一阶自振周期为7.35s的超高层框架-核心筒结构为研究对象,依据《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)反应谱选取7条地震波,并补充7条长周期地震波作为输入样本,研究不同周期地震激励对该类结构抗震性能的影响。研究表明,根据规范选取的地震动周期(0.339~0.666s)与结构第一自振周期相差较远。在14条长、短周期地震波激励下,结构位移、损伤、变形及能量耗散均存在较大差异。长周期地震动作用下,最大层间位移角的平均值比短周期大2.57倍,部分主要受力构件发生严重损伤、变形,滞回耗能占总输入能最大可达到36.4%,而短周期地震动作用下结构基本处于完好状态。因此,对于自振周期超出规范范围(6s)的长周期结构,仅根据规范选取的地震动难以评估结构的抗震能力,建议选取不同周期地震动全面地评估长周期结构的抗震性能。     

基于有限元计算的连续刚构桥地震响应分析

文章以某连续刚构桥为工程背景,运用了大型专业有限元结构分析软件分析了不等高墩大跨连续刚构桥地震响应。对比考虑桩土效应、不考虑桩土效应以及在考虑桩土效应的基础上引入隔震摩擦摆支座的3种不同边界条件的自振频率,结果表明考虑桩土效应和加入隔震支座可以减小结构的自振频率。分别采用反应谱分析法和线性时程分析法对连续刚构桥在地震作用下各控制截面的位移和内力进行比较分析,得出结构在地震作用下的一般性规律。同时将时程分析结果与相应的反应谱分析结果比较,验证了选取地震波是否满足规范要求。     

考虑SSI效应的四跨连续梁桥地震响应振动台阵试验研究

为了揭示土-结构相互作用(SSI效应)下大跨度连续梁桥地震响应的规律,选取El-Centro波、CHI-CHI波和人工地震波,对一座1:10比例的四跨高架连续梁桥模型进行考虑SSI效应的振动台阵试验研究。研究结果表明:SSI效应增大了墩顶水平相对位移、墩底应变、墩顶和主梁水平加速度,并引起支座顺桥向相对位移的剧烈变化;桥梁结构地震响应的增幅随着剪切波速的减小而增大,且不同地震波作用下,动力响应的增幅不同,说明剪切波速和地震波频谱分布是影响SSI效应的重要因素;在顺桥向和横桥向两个方向上,桥梁结构的构件对SSI效应的敏感程度不同;实时耦联动力子结构试验技术适用于考虑SSI效应的桥梁结构振动台试验研究。     

波纹钢腹板连续刚构桥弹性动力响应分析

为了研究波纹钢腹板-PC组合梁桥的弹性动力性能,本文依托西阜高速保定段胭脂河大桥,通过Midas-Civil有限元分析软件建立两种桩-土效应分析模型,在自振特性的基础上,采用动力时程分析法对结构进行抗震计算分析,得出了水平地震力作用下结构的最不利受力位置。主要结论如下:(1)直接嵌固模型和"m法"模型同阶模态对应的自振频率依次减小,这说明考虑桩-土相互作用之后,结构刚度减小,桥梁结构自振周期逐渐增大;(2)在水平地震力作用下,波纹钢腹板连续刚构桥墩底弯矩最大,T构根部为剪力和轴力最大部位,说明地震作用下,桥墩墩底和T构根部为最不利构件,容易发生弯曲破坏和剪切破坏。     

考虑桩土作用某连续梁桥抗震性能研究

以某高速铁路桥梁作为研究对象,运用大型有限元软件Midas构建了该桥的三维仿真模型,对该类型桥梁的抗震性能进行研究。首先,利用商业通用软件Midas建立该桥梁的考虑桩土作用与墩底固结的有限元模型;然后,分别对该桥的两种模型进行动力时程分析。分析结果显示,该桥在墩底固结与桩土作用下两种工况下运用时程分析法得到的最大位移分别为15.33 mm与31.56 mm,并且对其计算结果进行对比,发现考虑桩土作用下桥梁的位移大于墩底固结,但是固定墩弯矩明显变小。本文研究可以为类似铁路桥梁结构设计提供参考。     

大型户外单立柱广告牌在长周期地震波作用下的响应分析

大型户外单立柱广告牌属于高耸结构,结构柔度大,结构自振周期较长.大柔度结构在长周期地震中的抗震情况越来越受到关注.地震波波长、桩-土-结构相互作用及立柱高度等因素都会对广告牌的响应产生影响.对大型户外单立柱广告牌在长周期地震动作用下的响应的分析,对于研究长周期地震动对大型户外单立柱广告牌等大柔度结构的影响,有重要意义.为研究在长周期地震动作用下户外大型单立柱广告牌响应情况,文章以某大型单立柱广告牌为背景工程,借助有限元分析软件MIDAS CIVIL,构建广告牌的有限元分析模型,开展模态分析工作,得到其前五阶振型及频率.通过输入地震波,计算并分析地震动作用下大型单立柱广告牌的位移和内力响应.     

强震作用下大跨高墩桥梁伸缩缝处碰撞效应的参数研究

文章为研究碰撞作用下结构参数对山区高墩公路桥梁非线性地震响应的影响,基于Open SEES软件平台建立了考虑不同结构参数的非线性有限元模型,采用Hertz-damp模型模拟了碰撞过程中刚度变化和能量耗散,对比研究了碰撞刚度、碰撞间隙宽度、墩高差等不确定性参数对高墩桥地震响应的影响。结果表明:当高墩桥梁的两个主墩不等高时,不同的碰撞间隙宽度取值对矮墩的地震响应的影响更大,不同的碰撞刚度取值对高墩和矮墩的地震响应的影响都比较显著;设置不同的碰撞间隙宽度,1号墩(矮墩)的墩底曲率的最大差异高达2.37倍,而2号墩(高墩)的最大差异仅为0.79倍;设置不同的碰撞刚度,2号墩(高墩)的墩底曲率、墩顶相对位移的最大差异分别达到了1.66倍与0.86倍;与等墩高桥型相比,墩高差的存在会造成矮墩的墩底曲率需求显著增大,其改变率约为57%,而墩顶位移和墩底弯矩略有减小。     

考虑不同桩土效应分析模型的双座串联斜拉桥动力特性分析

以双座串联大跨度斜拉桥——洪鹤大桥为背景,利用Midas/Civil分别建立了采用直接嵌固模型、等效嵌固模型、六弹簧模型、Winkler地基梁模型共四种不同桩土效应分析模型下的的全桥有限元模型,并对所有的有限元模型进行了动力特性分析。分析结果表明:双座串联大跨度斜拉桥具有自振周期较长、自振频率较低、模态密集、振型在东西桥交替出现等特点。同时发现考虑桩土作用会降低结构的整体刚度,延长结构的自振周期,会改变高阶振型,不同桩土效应模型对结构动力特性影响效果不同。对于软土场地上的大跨度斜拉桥推荐使用六弹簧模型和温克尔地基梁模型模拟桩土效应。     

考虑波动效应的SH简谐地震波作用下单桩水平振动研究

借助于土体的一维波动模型求解了SH简谐地震波作用下土层的水平振动,从三维轴对模型出发考虑桩周土的水平波动效应,通过引入势函数并运用分离变量法在考虑桩–土相互作用的情况下求解了SH简谐地震波作用下由于桩土相互作用引起的土层的径向位移、水平位移以及土体对桩基的水平作用力,并在此基础上建立了SH简谐地震波作用下桩基的水平振动方程,借助于三角函数的正交性和桩–土接触面处的连续条件求得了桩基的水平位移。借助于放大因子的概念研究了SH简谐地震波对桩顶水平位移的影响。研究表明：SH简谐地震波作用下桩基的动力响应存在有共振现象;放大因子随频率的变化曲线存在3个峰值,前两个峰值相对较大;当桩土模量比较大时桩土模量比对放大因子几乎没有影响。     

桩—土相互作用对高墩简支梁桥地震响应的影响

本文以位于木里县的达娃二桥为工程背景,利用反应谱法进行高墩简支梁桥在E2地震作用下的响应分析,分析对比考虑桩—土相互作用效应与否对高墩简支梁桥地震响应的影响。结果表明:当考虑桩—土相互作用时,结构的体系变的更柔,结构位移变大;主墩的弯矩变小,剪力变化趋势相同,但极值点位置发生变化;主梁的内力变化有大有小。     

考虑结构整体特性的钢筋混凝土框架震后残余侧移响应研究

为了研究钢筋混凝土框架结构震后残余位移及结构整体特性对其影响,首先对3个楼层数不同的钢筋混凝土平面框架结构进行静力推覆分析,得到结构第一模态推覆曲线及相应等效三线形推覆曲线,进而基于等效推覆曲线获得结构整体的屈服后刚度比和下降段刚度比。其次,通过对钢筋混凝土平面框架结构在3个地震动强度水平、22条地震动记录输入下的弹塑性时程分析,分别计算得到最大层间位移角和最大残余层间位移角的平均值、标准差和变异系数,并分析结构整体特性如结构基本自振周期、屈服后刚度比、下降段刚度比等对最大层间位移角和最大残余层间位移角的影响,以及最大层间位移角和最大残余层间位移角之间的相关性。结果表明,最大层间位移角和最大残余层间位移角受结构基本自振周期影响明显,同一地震动强度水平下,两者均随结构基本自振周期的增大而增大。随着结构屈服后刚度比的增大和下降段刚度比绝对值的增大,最大残余层间位移角也增大,其离散性也随之变大。与上部楼层相比,高强度水平地震动下非线性发展较为充分的结构下部楼层的最大层间位移角和最大残余层间位移角的相关性较好。     

下伏软弱夹层路基堆载对桩基影响及处治方法

依托马里河II桥实体工程,采用现场监测和数值模拟方法,研究了高填路基邻近桥梁桩基受力及变位规律,分析了主动削方减载和增设抗滑桩前后该桥1号和3号桥墩桩基础受力特性,提出了相应的工程处治方法。研究结果表明:在台背路基堆载填土作用下,软弱夹层侧向挤压作用对邻近桥梁的墩顶位移、桩身位移、桩周土抗力均有显著影响;卸载后1号墩的墩顶位移减少94.90%~95.09%,桩顶位移减少94.74%~94.66%,桩周最大土抗力减少86.89%~94.88%;设置抗滑桩后3号墩的墩顶位移减少75.05%~80.04%,桩顶位移减少71.75%~81.38%,桩周最大土抗力减少39.99%~40.03%;台背填方对中间桩的影响较小,对边侧桩的影响较大,设计时可适当提高边侧桩的承载性能。     

空心高墩铁路桥梁地震易损性分析

为了评价某钢筋混凝土圆形空心高墩铁路桥梁的抗震能力,本文以各墩柱控制截面的截面曲率为损伤指标,采用增量动力分析方法,分析了圆形空心高墩在纵桥向和横桥向地震动作用下的地震响应,得到了桥梁构件和桥梁整体结构控制截面在不同损伤状态下的超越概率,建立了圆形空心高墩铁路桥梁的地震易损性曲线。分析结果表明:纵桥向地震动作用下,各墩柱的墩底截面发生损伤概率较大,支座和墩顶截面是容易发生损伤的部位;横桥向地震动时各墩柱墩底和墩顶截面发生损伤的概率略大于纵桥向地震动,横桥向地震动下各墩墩底不同损伤状态下的概率大于墩顶,因此,在对混凝土空心高墩铁路桥梁进行抗震性能分析时,需要着重对易损性较大的构件进行研究。     

基于非线性桩土作用黏土场地桥梁地震反应分析

文章以一座典型的上海两跨高架桥作为工程背景,基于Open Sees程序,考虑非线性桩土相互作用,建立了全桥动力计算模型,通过改变黏性土不排水抗剪强度来调整桩侧土体不同的抗力水平,探讨了土体不同抗力水平对主梁加速度、支座剪力、墩顶位移以及残余位移、桥墩钢筋应变和桩基配筋需求等结构响应的影响。结果表明:土体抗力水平很低时,提高土体强度会显著增大结构的力学响应,当桩侧土具有一定抗力水平之后,土体抗力水平对结构响应的影响减弱;软弱土层虽然会降低结构的力学响应,但是结构会经历较大的位移以及残余位移,而且桩基剪力相同的情况下显著放大桩头弯矩和拉力响应,对桩基受力不利。     

永久位移型地震动对建筑隔震设计影响初探

以自振周期大于2s的某实际钢结构建筑为研究对象,分别在设防地震和罕遇地震下,输入含与不含永久位移型地震动,分别计算得到隔震结构和非隔震结构的非线性地震反应。通过对比含与不含永久位移型地震动作用下的上部结构地震反应,进而分析永久位移对该类型建筑隔震设计的影响。结果表明：无论地震动输入是否含永久位移,与非隔震结构相比,隔震结构的层间剪力和倾覆力矩均显著降低,且降低幅度随着楼层的升高而增大;在含永久位移型地震动与不含永久位移型地震动分别作用下,各楼层层间剪力比值与倾覆力矩比值无明显差别,比值基本在1左右;在两类地震动作用下,计算得到的减震系数差别不超过10%;在两类地震动作用下,隔震层支座平均最大拉、压应力及位移相差不大,永久位移型地震动作用的放大效应不明显。