规则型隔震桥梁结构的简化分析方法

由于桥墩的质量与上部结构的质量相比通常是比较小的,各桥墩高度和截面大致相同的连续桥梁可以简化为单自由度体系进行抗震设计.当在桥面大梁与桥墩之间设置隔震橡胶支座时,上述规则型桥梁可以看作串连型双自由度体系.文中根据桥墩的水平刚度远大于橡胶支座的水平刚度和上部结构的质量甚大于桥墩的特点推导了此双自由度体系的自振特性(包括自振周期、振型、地震作用的振型参与系数和振型阻尼比)的简化计算公式.这些公式可以方便地应用于隔震桥梁的抗震设计.此外,文中还分析了这些简化公式的计算精度与双自由度体系质量比和刚度比的关系.精度分析和数字实例的计算结果表明,文中提供的公式具有足够的精度.     

梁式桥抗震分析中等效单自由度模型的适用范围

将单柱式桥墩等效为单自由度体系进行计算,是抗震分析中常用的简化分析方法.研究了该简化分析方法在桥墩弹性、塑性响应两阶段的适用范围.首先,推导了基本振型质量参与系数的简化计算公式,以桥墩基本振型质量参与系数为等效程度评价指标,评价桥墩质量分布、墩高对等效程度的影响.其次,在桥墩响应的塑性阶段,验证了振型质量参与系数作为评...     

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。     

大跨连续刚构桥最大悬臂状态动力特性分析

大跨连续刚构桥最大悬臂施工阶段对风荷载较为敏感,而动力特性是抗风分析的基础。以十堰市将军河汉江大桥为工程背景,利用ANSYS软件建立了最大悬臂状态的有限元模型,采用Lanczos方法求得自振频率和振型。计算结果表明,前两阶自振频率远低于高阶频率,第一阶振型为主梁绕墩梁结合处的横向水平摆动,第二阶振型为桥墩侧弯及主梁纵向摆动。文章建模分析方法和研究结论可为同类桥梁提供参考。     

桥梁在长周期地震下的影响研究

为了分析长周期地震动的时频域特性及其对减隔震桥梁的影响,首先利用HHT理论分析长周期地震动的周期特性及能量特性,然后通过有限元软件建立合理的减隔震桥梁有限元模型,分析不同地震动作用下减隔震桥梁的动力响应,最后从能量的角度研究了桥梁结构的地震能量反应。     

基础隔震框架结构的分布参数动力模型及地震响应规律的研究

基于分布参数体系并结合基础隔震框架结构的特点,介绍考虑非比例阻尼的基础隔震分布参数剪切型悬臂梁模型的建立及求解过程。通过此模型,研究固定支座、比例阻尼隔震和非比例阻尼隔震模型的动力特征,并采用振型分解时程分析方法,对比分部设计方法、比例阻尼隔震和非比例阻尼隔震下模型的响应。结果表明：复振型分解方法和实振型分解方法在求解隔震结构的动力特征方面差别较小;隔震层对高阶振型周期的影响有限,但可有效降低结构高阶振型的振型参与系数;分部设计方法与非比例阻尼方法计算的楼层剪力分布结果差异较小;采用包含隔震层的整体模型分析时,建议采用考虑非比例阻尼特征的复振型分解方法。     

关于弯剪型特性的底部隔震剪力墙结构计算方法研究

底部隔震剪力墙结构在强震作用下具有弯剪型侧移曲线的特性,采用铁木辛柯梁模拟底部隔震的剪力墙结构在隔震后的动力特征和隔震效应。推导了底部隔震悬臂梁模型在地震中的动力特征,提出了延长周期、减少高阶振型参与质量系数和增加体系阻尼比是隔震技术减震的三大因素,指出了增加结构阻尼可有效地提高长周期高层结构的隔震效果,同时隔震可降低复杂高层结构高阶振型的影响。     

某高速铁路矮塔斜拉桥的地震响应分析

文章以一座主跨为160 m的双塔三跨预应力高速铁路混凝土矮塔斜拉桥为研究对象,对其进行动力学特性分析,获得了结构的振型、固有频率、振型参与系数等相关参数。建立了塔、墩、梁固结结构体系,在该结构体系动力学模型的基础上,对桥梁结构进行了时域上的动态响应分析,进一步采用相对运动方法对桥梁结构施加多点激励来模拟地震工况,计算结构在地震激励下的动态响应,揭示行波效应对桥梁结构塔、梁等关键部位动力学特性的影响。结果表明：地震作用最强烈的阶段为开始前7 s内,之后会逐渐减弱。与一致激励分析结果相比,多点激励对主塔、墩底内力结果影响较大。文章为桥墩延性设计提供了依据,多点激励分析显示行波效应对结构地震响应有很大影响,特别是在大跨桥梁设计时不能忽视。     

摩擦摆支座桥梁减隔震性能研究

以某桥梁工程为背景,建立空间有限元计算模型,对比分析了桥梁结构在有无减隔震措施下的地震反应。结果表明,未采取减隔震措施时,该桥桥墩会发生强度破坏;而采用摩擦摆减隔震支座后,该桥桥墩的强度、变形均能满足规范要求。该计算结果可为同类桥梁结构的减隔震设计提供参考。     

底框砌体结构转换层隔震系统工作机理研究

层间隔震是在基础隔震发展过程中出现的一种新型减震技术。底框砌体结构在城市建设中应用广泛,这种房屋的特点是由两种承重和抗侧力体系构成的,但是这类房屋的抗震性能较差。通过把隔震橡胶垫放置在上部砌体与底层框架结构之间的隔震措施,依靠隔震层较大的变形和耗能能力,大大削弱了地震对建筑结构的影响。由于上部砌体的刚度比隔震垫与底层框架的刚度大得多,因此可以将隔震房屋模拟成具有两个自由度的系统。分析了此类房屋的动力特性,与隔震振型的参与系数相比,非隔震振型的参与系数是非常小的,隔震振型控制了系统的反应,得到了用来求解此类房屋动力计算的实用方法,探讨了组合阻尼比、刚度比及质量比的变化规律。为建立实用设计方法、推广层间隔震结构的应用提供了有效途径。     

基础隔震结构复振型分解反应谱方法的地震作用及效应组合

为解决隔震结构的地震作用因非比例阻尼不宜直接采用我国抗震规范加以计算的问题,推导了隔震结构复振型响应的振型参与系数、振型的实数表达形式,基于隔震结构刚度、阻尼、质量矩阵与其动力特征的内在联系,给出了复振型地震作用的惯性表达公式。研究结果表明：隔震结构不考虑非比例阻尼影响时误差较大,其主要原因是忽略了各振型速度响应对振型位移的贡献;考虑非比例阻尼的单个复振型地震作用包含位移分量和速度分量,复振型地震作用的惯性表达公式合理考虑了非比例阻尼和振型速度的影响,在复振型分解时程分析中可以得到精确时程结果,反应谱分析采用CCQC法可以明显改善CQC分析精度,上述基础理论为《建筑隔震设计标准》所采纳。     

基于位移的Pushover分析在高墩抗震分析中的应用

采用传统的只考虑基阶振型的非线性静力方法分析非规则结构的抗震性能会产生较大误差。针对山区桥梁百米级非规则高墩,通过对地震动输入下墩底曲率达到最大时刻的结构刚度进行瞬时模态分析,探讨了整个非线性过程中瞬时振型、瞬时振型参与系数随着墩底曲率增加的变化规律,进而提出了基于位移的非线性静力分析与增量动力分析(IDA)相结合的一种简化方法。通过和IDA分析以及传统的基于惯性力的非线性静力分析方法的分析结果比较,证明该方法在快速估计高墩的抗震性能的适用性和准确性。     

基于两质点模型的层间隔震体系参数分析

通过建立层间隔震结构的两质点分析模型,考察了上、下部结构的质量比、频率比等参数对体系动力特性及地震反应的影响,探讨参数变化对隔震系统减震效果的影响规律。研究分析表明:随着隔震层位置的下移,结构一阶模态质量参与系数逐渐变大,体系减震机理由调谐质量阻尼器逐渐过渡为基础隔震;对上、下部结构响应的控制,存在最优频率比。最后通过对一个两质点结构的时程分析,验证了上述理论分析的正确性。     

考虑行波效应下的多塔斜拉桥减隔震体系研究

以一座主跨908 m的多塔斜拉桥为研究背景,建立全桥动力计算模型,分析了行波效应下该结构常规体系与减隔震体系的地震响应,结果表明:1对于常规体系,行波效应会增大上桥塔内力,但采用拉索减震支座的减隔震体系具有较好的减震率;2考虑行波效应对桥墩抗震有利,而减隔震体系会进一步降低桥墩内力;3减隔震体系可以将主桥支座位移控制在要求范围内,对于引桥,考虑行波效应时,支座位移增大明显,也建议采用拉索减震支座;4行波效应下,主-引桥相对位移增大,建议在主-引桥间设置连梁装置和缓冲装置,以提高抗震性能。     

考虑地基柔性和侧向力分布模式的桥墩推倒分析

考虑地基柔性的影响,使用SAP2000有限元程序分别建立了墩底固结和墩底六弹簧约束的桥墩模型,采用均匀加速度、第一阶振型和前三阶振型组合等3种水平侧向力加载模式分别对模型进行了推倒分析,并对比分析了不同墩高对计算结果的影响。通过对模型动力特性和推倒分析结果的对比分析表明,地基柔性不但延长了桥墩的自振周期,还对其振型和推倒曲线有着重要影响;对梁式桥梁结构进行推倒分析时不宜采用一阶模态向量分布加载模式;对于墩高较低、由第一阶振型控制的桥墩可采用均匀加速度和按一阶振型计算出的水平地震力分布模式进行推倒分析,墩高较高时,采用振型组合的加载模式更为合理。     

厦门沿海某超高层建筑结构风致振动动力特性研究

现场实测是获得结构风致振动动力特性参数的一种较为可靠的手段和方法。通过对厦门沿海某超高层建筑在台风登陆时进行现场原型实测,得到了该建筑结构的第10层、18层、23层、28层、33层和36层的加速度响应时程数据和固有频率及振型等结构的动力特性。根据实测加速度数据,利用随机减量法提取结构两方向的前3阶固有频率对应的阻尼比,结果表明：由于实测时台风风速较大,导致结构风致响应较为显著,因此结构两个方向第1阶阻尼比值在7%左右,明显大于另外两阶阻尼比;两方向第1阶阻尼比与加速度呈非线性关系,阻尼比随加速度的增大而增大。采用ANSYS软件建立该超高层建筑的3D有限元分析模型并进行模态分析,提取该模型的前3阶固有频率和振型,与实测结果进行对比分析,结果较为吻合,由此说明所建立的3D有限元分析模型正确可靠。     

减隔震支座对不同墩高桥梁地震反应的影响

以一座连续梁桥为例,采用有限元程序SAP2000,对其减隔震体系以及常规体系进行非线性动力时程分析,研究了不同墩高下减隔震支座对桥梁地震反应的影响,并与常规体系进行了比较。分析结果表明,在墩高较小时,减隔震支座可以显著的降低结构内力响应,改善结构的抗震性能,而在墩高较高时,减隔震支座的减震效果不明显。     

考虑隔震支座转动及P-Δ效应的串联隔震结构响应研究

针对叠层橡胶隔震支座与地下室悬臂柱组成的串联隔震体系的P-Δ效应及叠层橡胶隔震支座转动问题,通过简化建立考虑P-Δ效应、叠层橡胶隔震支座转动及悬臂柱柱身变形的上部结构与独立悬臂柱串联隔震体系的力学模型,推导出考虑P-Δ效应及叠层橡胶隔震支座转动共同作用下的串联隔震体系的频率方程,然后通过数值的方法求解该串联隔震体系的频率与振型。根据Betti定律,推导出考虑P-Δ效应及叠层橡胶隔震支座转动的串联隔震体系的广义质量及广义荷载,然后通过振型叠加法求解串联隔震体系的地震响应。最后应用该地震响应求解方法对一实际工程进行仿真及参数分析。结果显示本文考虑P-Δ效应、叠层橡胶隔震支座转动及悬臂柱柱身变形的串联隔震体系动力响应求解方法能方便地计算悬臂柱的变形、柱顶转角以及结构的动力响应;悬臂柱水平名义刚度与隔震支座水平刚度之比较小时,悬臂柱与隔震支座组成的串联隔震体系的地震响应与隔震支座底部固结直接积分法得到的响应差别较大,随着悬臂柱刚度的增加,差别迅速减小,可根据刚度比确定独立悬臂柱的截面;在保证隔震效果的情况下,隔震支座竖向刚度应尽量加大,以减小隔震支座转角;当悬臂柱支撑的隔震结构隔震支座底部按固结计算时,P-Δ效应主要影响下部独立悬臂柱的响应,计算独立悬臂柱的响应需考虑P-Δ效应的影响。     

高墩桥梁减隔震设计的一种新思路—新型高墩隔断结构体系

科学研究和震害经验表明,减隔震技术可以有效提高桥梁结构的抗震能力,并且具有避免结构构件损伤、震后易修复等诸多优点,但减隔震装置性能发挥受限的高墩桥梁通常采用延性设计的抗震设计方法。通过对高墩桥梁采用减隔震技术的探讨,提出了一种将高墩在选定高度隔断、在隔断处设置支座的新型高墩隔断结构体系,并数值建模分析了其减隔震效果。结果表明,新型高墩隔断结构体系在支座滞回耗能和结构的地震响应方面,均比常规高墩减隔震体系的抗震效果优异。新型高墩隔断结构体系为高墩桥梁抗震设计采用减隔震技术提供了新的思路,拓展了减隔震技术的应用范围。     

连续梁桥减、隔震体系的优化设计

本文根据连续梁桥减、隔震体系设计的特点,建立了桥梁减、隔震体系优化设计公式,实现了应用结构最优化设计理论设计桥梁减、隔震支座动力控制参数,使得桥梁墩、台所受到的地震水平力最小的同时满足小震作用下桥梁结构保持弹性;强震作用下减、隔震支座发生弹塑性变形耗散地震能量的减、隔震设计思想.通过编制的桥梁减、隔震体系优化设计程序,对连续梁桥减、隔震体系优化设计进行了算例分析,得出了一些有用的结论.