基于ANSYS的大跨斜拉桥地震响应分析及性能评估

为研究西部高烈度地区大跨度斜拉桥的地震响应特点,以兰州市南绕城高速公路上一座跨径为177 m+360 m+177 m的结合梁斜拉桥为研究对象,利用有限元软件ANSYS建立其空间计算模型,分析了该桥的动力特性。运用非线性时程分析法计算桥梁结构在50年超越概率10%和2%两种地震水平作用下的地震响应,并以构件的能力需求比评估了该桥的抗震性能。结果表明:地震作用下主梁纵向振动与横向振动基本不耦合,其竖向位移受纵向地震作用影响较大;由于结构的非对称性,5#塔（南桥塔）的塔顶位移及塔底弯矩均大于4#塔（北桥塔）;在E1和E2两种水平地震作用下,各桥墩和桥塔关键截面以及斜拉索最小能力需求比均大于1,满足抗震性能要求;各桥墩纵桥向能力需求比小于横桥向,而桥塔纵桥向能力需求比大于横桥向,建议在过渡墩和辅助墩上安装减隔震装置,加强其纵桥向抗震性能。     

软土场地上双座串联大跨度斜拉桥地震响应及碰撞分析

本文分析了软土场地上双座串联大跨度斜拉桥——洪鹤大桥的地震响应及相邻斜拉桥的碰撞问题。首先,建立其空间有限元模型进行了动力特性分析;随后,考虑桥梁特点及场地效应,选取合适的地震波,采取纵桥向+0.3横桥向+0.3竖桥向的激励组合方式输入,对桥梁关键部位动力响应进行了非线性时程分析,并将结果与反应谱法进行对比验证;最后,对两座斜拉桥交接墩处主梁的碰撞问题展开了研究。结果表明:三向地震作用下,结构主梁及主塔均以纵桥向位移为主,且主梁横桥向位移不可忽略;结构在主塔处的剪力、弯矩远大于桥墩处,各方向内力最大值集中在4号塔及8号塔塔底右边,这在抗震设计中应引起重视;在E2地震作用下交接墩处两主梁不会发生碰撞,但建议在塔梁处布置纵向液体粘滞阻尼器以提高其减震性能。     

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。     

曲线箱梁桥的地震反应分析

结合某城市一立交工程匝道高架曲线箱梁桥的工程实例,采用大型有限元分析程序ANSYS,选取空间梁单元建立动力计算模型,研究了曲线箱梁桥的动力特性;并选取三条地震波在桥的纵、横向同时进行桥梁地震作用下的时程分析,给出了曲线箱梁和桥墩的内力、位移时程反应,并与反应谱法的计算结果进行了比较.结果表明:低阶振型对桥墩的弯扭变形影响较大,反应谱法的计算结果偏小.     

主梁对桥墩地震响应的影响

对于地震中的桥梁结构来说,桥墩第一时间把地震振动作用传到主梁,同时桥墩也是桥梁结构中极易受损的构件,而主梁质量分布在地震作用下所产生的振动响应对桥墩造成了很大作用的影响。通过建立全桥计算模型和全桥中的单个桥墩计算模型,采用多振型反应谱分析方法,进行E1地震作用下的地震响应计算分析。研究表明质量大且分布密集的主梁通过支座限制了桥墩在地震作用下的摆动幅度,从而使得全桥下的桥墩墩底内力值比单个桥墩的内力值小很多。     

地震作用下双层桥梁结构参数敏感性分析

为研究地震作用下双层桥梁结构下部结构尺寸变化对结构地震响应的影响,以一双层桥梁为研究对象,采用SAP2000中的桥梁模块建立结构的有限元模型,改变系梁尺寸、桥墩纵筋率、桥墩混凝土强度等级及桥墩尺寸等参素,对结构进行罕遇地震作用下的弹塑性分析,采用正交数值试验的方法研究桥墩墩底横向弯矩、墩顶横向位移及墩底塑性铰区曲率延性...     

长挑臂宽主梁梁拱组合体系地震响应分析

为了更准确地预测长挑臂宽主梁梁拱组合体系地震响应,给此类桥梁抗震设计提供依据,采用抗震分析软件sap2000,同时考虑了桩—土共同作用、拱结构的二阶效应、边界非线性等,建立了多重非线性有限元动力分析模型,基于时程分析法研究了主拱圈、墩柱的地震响应。研究表明:对于长挑臂宽主梁梁拱组合体系,主墩和过渡墩处布置了纵向固定支座的桥墩墩底是全桥的抗震设计关键所在,二者在地震作用下弯矩、剪力响应值较大,容易达到屈服弯矩,因此此类桥梁在抗震设计中,应重点对待其截面尺寸和配筋设计。     

中小跨径梁桥地震易损性分析

以一座具有较大墩高差异的中小跨径梁桥为例,利用OpenSees有限元软件,考虑地震动的不确定性,建立了该桥的非线性分析模型,合理选取了100条地震动与该模型组合得到所需桥梁样本,计算分析得到该桥的地震响应。选取合理损伤评价指标分别定义桥墩和支座的不同破坏状态,建立了桥墩和支座在纵桥向和横桥向的地震易损性曲线并进行对比分析。结果表明：地震作用下,桥墩和支座均容易发生损伤,支座发生损伤的概率更大,尤其是滑动支座;设置滑动支座的桥墩在地震作用下的损伤概率较低,不易发生严重的损伤;需要对支座和桥墩采取一定的加固和保护措施。     

不同桥墩形式对连续刚构桥地震反应的影响

以内蒙古沿黄一级公路某座在建桥梁为工程背景,借助通用大型结构分析程序MIDAS/Civil建立该桥动力分析模型,采用动态时程理论对其进行了地震反应分析。在此基础上研究了该桥的动力特性,并探讨了同类桥梁不同桥墩型式在相同地震波组合情况下桥墩墩顶位移、墩底轴力变化规律。结果表明,双肢薄壁空心墩地震响应比双肢薄壁实心墩小,更适合作为大跨度连续刚构桥墩。     

布置粘滞阻尼器的连续桥梁地震响应分析

为充分发挥粘滞阻尼器在连续梁桥抗震中的作用,提高连续桥梁的抗震性能,研究不同位置安装阻尼器对桥梁地震响应下的影响,以昆明境内某高速公路连续梁桥为背景,分别建立桥梁在不同位置下安装粘滞阻尼器的有限元模型,运用非线性动力时程分析方法对不同安装位置下梁端位移、墩底剪力及墩底弯矩进行计算分析。计算结果表明,设置粘滞阻尼器可以有效减小主梁在地震响应下的梁端位移,结构刚度差异对粘滞阻尼器效果具有一定的影响,通过合理的设置阻尼器可以使桥墩受力更均匀、合理。     

焊接箱形截面梁抗震性能影响因素研究

为考察板件宽厚比对焊接箱形截面梁抗震性能的影响,对中国、美国、日本和欧洲的钢结构设计标准中的相关规定进行了比较,结果表明各国规范对于梁板件宽厚比限值的规定总体上具有较好的一致性。采用钢材循环加载本构,建立了多尺度非线性有限元计算模型。提出了刚性竖杆 箱形梁加载方式,模拟水平地震、重力荷载与轴向压力对箱形截面框架梁的作用。有限元分析结果表明,在设计常用的板件宽厚比范围内,箱形截面梁的弹性屈曲荷载均显著高于其屈服荷载。在水平往复荷载作用下,随着板件宽厚比减小,箱形截面梁极限变形角与延性系数随之增大,抗弯刚度降低速率变缓,塑性耗能能力显著增强。当满足一级抗震宽厚比要求时,焊接箱形截面梁的梁端截面转角约为1/30。承受轴压作用时梁刚度退化很快,变形能力减弱。当轴压比不大于0.2、满足一级抗震宽厚比要求时,梁端截面转角约为1/50。跨高比对梁承载力影响不大,但变形能力可以大幅度提高。横向荷载对梁抗震性能的影响显著,随着静载比（重力荷载代表值与屈服弯矩之比）增大,骨架曲线逐渐发生平移,抗弯刚度降低,耗能性能减弱。当地震弯矩与静力弯矩方向相同时,箱形截面梁承载力显著降低,静载比0.8时极限变形角可减小约50%;当地震弯矩与静力弯矩方向相反时,梁虽然承载力稍有提高,但极限变形角略有减小。     

动水压力作用对深水桥墩地震响应的影响

地震激励下水与桥墩的相互作用会对桥墩产生动水压力,本文研究动水压力作用对深水桥墩地震响应的影响,对提高深水桥墩长大桥梁的抗震安全性尤为重要。分别采用Morison方程和辐射波浪理论,建立了动水压力计算方法,分析了动水压力作用对桥墩地震响应的影响,并比较了两种方法计算的动水压力对桥墩地震响应影响的差异;分析了考虑土-结构相互作用时以及双向地震作用下动水压力作用对桩基桥墩地震响应的影响。研究表明:动水压力作用不仅会改变桥墩的动力特性,而且会增大桥墩的地震响应,其影响随相对水深的增大而增强;当桥墩迎水面宽度较大时,采用Morison方程计算的动水压力对桥墩地震响应的影响明显大于采用辐射波浪理论计算动水压力的影响;考虑土-结构相互作用会降低动水压力对桥墩地震响应的影响,但其影响仍不容忽视;考虑双向地震作用会加剧动水压力对桥墩地震响应的影响。由此得出结论,在深水桥墩长大桥梁的抗震分析中,需考虑动水压力作用对桥墩地震响应的影响。     

钢筋混凝土桥墩弹塑性地震反应分析

以连续梁桥为例,采用非线性有限元方法,基于梁理论的纤维单元模型,计算在地震激励下钢筋混凝土桥墩的响应,结果表明：大震激励下,桥墩产生了塑性变形。     

体外索钢箱——混凝土组合连续梁非线性结构性能试验研究

钢箱-混凝土组合连续梁负弯矩区混凝土的开裂问题影响了这类组合结构向更大跨度的发展。针对这一问题,提出在钢箱-混凝土组合连续梁中施加体外索的新技术,研究施加体外索对增强钢箱一混凝土组合连续梁负弯矩区混凝土的抗裂能力,提高钢箱-混凝土组合连续梁弹塑性结构性能的有利作用。经对比试验表明,施加体外索后,钢箱-混凝土组合连续梁负弯矩区混凝土的开裂荷载提高2．8倍,组合连续梁的弹塑性抗弯刚度提高29．35％,承载力提高34．67％,结构性能显著提高。在试验研究基础上,分析钢箱-混凝土组合连续梁负弯矩区局部力学性能与整体非线性结构性能的关系,揭示体外索提高钢箱-混凝土组合连续梁弹塑性结构性能的力学实质,给出承载力计算建议。研究结果可作为体外索钢箱-混凝土组合连续梁工程应用和理论分析的参考。     

钢筋套筒灌浆连接装配式剪力墙结构三层足尺模型子结构拟动力试验

为研究钢筋套筒灌浆连接装配式剪力墙结构的抗震性能,完成了1个3层足尺模型在不同强度地震作用下的子结构拟动力试验,观察其破坏现象,研究其滞回特性、变形能力、刚度退化和钢筋屈服次序等。结果表明：试验模型的破坏集中在地震作用方向的连梁和窗下墙,连梁以弯曲破坏为主,窗下墙为剪切破坏,首层墙肢出现轻微的弯曲破坏;试验过程中,连梁纵筋、墙肢竖向钢筋及连梁箍筋依次受拉屈服,试验模型实现了“强墙肢弱连梁”及连梁“强剪弱弯”的设计目标;8度多遇、设防和罕遇地震以及9度罕遇地震作用下,试验模型的抗侧刚度分别降低约5％、20％、60％和80％,对应的最大层间位移角分别为1/3341、1/899、1/268和1/111,以层间位移角为参数,结构的破坏程度分别为完好、轻微损坏、中等破坏和倒塌;“预制底板出筋”和“预制底板不出筋”的双向叠合楼板均具有良好的整体性和平面内刚度,均可起到水平刚性隔板作用;墙体一字形截面竖向后浇段采用由2根U形钢筋组成的封闭箍代替普通箍筋具有可行性;预制夹心保温外墙的内、外叶墙之间连接可靠,外叶墙不参与结构受力,结构设计时可不考虑外叶墙的作用。     

巨型钢框架-拉索支撑体系的Pushover分析

为研究新型结构巨型钢框架-拉索支撑体系的破坏模式及其抗震性能,分别采用倒三角形和均布荷载两种水平荷载加载方式,进行Pushover推覆分析。研究表明:在达到水平极限状态时,倒三角形加载模式比均匀分布加载模式出现破坏层数相对高一些,两种水平荷载加载方式的破坏模式基本一致。构件破坏先后顺序为柱肢间支撑、巨型梁腹杆、楼层梁、巨型梁弦杆、柱肢。拉索退出工作的时间越早,则同一层中另一侧拉索拉力增加的速度越快。8度多遇地震作用下,结构处于弹性状态;8度罕遇地震下,结构部分构件进入塑性状态;层间位移均满足抗震规范要求。     

高烈度区斜拉桥横向约束方案优化分析

为了确定强震作用下斜拉桥合理的横向抗震约束体系,以可克达拉大桥为工程背景,采用非线性时程分析法,分析了4种横向约束体系即横向滑动体系、全限位体系、位移相关型减震体系和速度相关型减震体系对强震区大跨度桥梁地震响应的影响,重点对钢阻尼器的屈服荷载和黏滞阻尼器的位置及相关参数进行优化分析,并与其他体系的地震响应进行了对比。结果表明：在强震作用下,对于大跨度桥梁横向滑动体系和全限位体系均不是理想的抗震体系;而在墩梁、塔梁之间设置减隔震装置可以有效减少横桥向的墩梁、塔梁的相对位移及地震剪力和弯矩;然而,从桥梁正常使用的角度来看,塔梁之间布设横向钢阻尼器装置优于黏滞阻尼器装置。     

多跨连孔双曲拱桥地震反应分析

以某多跨连孔双曲拱桥为例,建立双曲拱桥空间梁单元有限元模型,选择3条天然地震波及1条人工波进行时程分析;对比其在E1地震作用下的分析结果与相同条件下的反应谱分析结果情况,并分析桥梁在E2地震作用下的反应,得出有益结论,从而为多跨连孔双曲拱桥地震反应分析研究奠定基础。     

多连梁剪力墙抗震性能研究

针对剪力墙结构设计中容易出现连梁剪压比不足的问题,提出多连梁的设计理念,通过设置多个连梁代替传统单连梁的方式,可以有效增大连梁的抗剪面积与跨高比,明显改善结构的抗震性能。确定多连梁截面尺寸的基本原则是结构的侧向刚度与单连梁保持不变。对剪力墙结构在多遇地震作用下进行了详细分析,全面比较了多连梁与单连梁对结构动力特性、层间位移角、侧向刚度和构件内力的影响以及对改善连梁剪压比的作用。对剪力墙结构进行了在罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,研究了多连梁剪力墙结构对最大层间位移角、塑性铰分布、抗剪承载力及结构非线性耗能能力的改善效果;采用非线性有限元法对连梁在往复地震作用下的抗震性能进行了研究。结果表明:由于多连梁跨高比大,其破坏形态从剪切破坏转化为弯曲破坏,构件的延性显著增大。