高速公路多联连续梁桥隔震研究

针对高速公路多联连续梁桥的抗震问题,本文对铅芯橡胶支座和摩擦摆支座进行了隔震效应分析与设计优化。本文基于多联有限元模型和非线性时程分析方法,分析了多联体系下各墩地震响应的差异,及铅芯橡胶支座和摩擦摆支座的隔震和耗能效果,并对隔震支座的参数布置进行了优化。结果表明：多联桥梁交界墩的地震响应较联内墩一般增大20%以上,交界墩上部结构跨径差异较大时甚至可达75%。铅芯橡胶支座位移限制能力和大震耗能更好,且屈服前刚度越大、屈服强度和屈服后刚度越小,滞回耗能能力越强;摩擦摆支座小震时即可发挥其隔震效果,且滑动摩擦系数越小、曲率半径越大,隔震效果越好。通过在交界墩布置更多隔震支座可在保证一定隔震率的同时改善桥墩受力不均匀的问题,具有一定的工程参考价值。     

多跨长联连续梁桥粘滞阻尼器参数敏感性分析

为从有利于减小固定墩地震响应的角度探讨适用于多跨长联连续梁桥的减震措施,以韩江大桥主桥(55+4×90+55)m为工程背景,研究了粘滞阻尼器对该桥抗震性能的影响。基于有限元软件ANSYS建立了全桥动力分析模型;采用Maxwell模型模拟粘滞阻尼器的力学行为;选取3条50年超越概率为2.5%的人工地震波作为地震动输入,并利用非线性动力时程分析方法,对粘滞阻尼器的力学参数速度指数α和阻尼系数C进行了参数敏感性分析;最后,将分析结果与未设置粘滞阻尼器模型的地震响应进行对比分析。分析结果表明:粘滞阻尼器在地震作用下形成了饱满、封闭的滞回环,该滞回环形状规则且包络面积较大,耗能效果良好;固定墩墩底内力和墩顶位移随着阻尼系数的增加而减小,随着速度指数的增加而增大;综合考虑粘滞阻尼器的减震效果,建议本桥粘滞阻尼器力学参数为:速度指数α取0.4,阻尼系数C取4 000 kN/(m?s-1)0.4;与未采用粘滞阻尼器模型相比,固定墩墩底弯矩和剪力平均减震率分别为44.35%、42.52%。固定墩承受的总体水平地震荷载也降低了25%左右,并且所有桥墩承担水平地震荷载也更加均匀,所有桥墩受力更加合理。此外,还防止或减轻了上部结构顺桥向之间的碰撞以及避免了落梁震害的发生。     

大跨连续梁桥桩基础的减隔震分析

以中宁和中卫黄河公路大桥为背景,采用铅芯橡胶支座代替普通支座,建立了隔震和非隔震连续梁桥有限元模型.并通过选取合理强震记录作为地震输入,研究了铅芯橡胶支座对大跨连续梁桥桩基础地震响应的影响,从中可知:(1)铅芯橡胶支座可使桩基顶部的弯矩和剪力明显减少,进而保证地震作用下桩基的安全;(2)铅芯橡胶支座使剪力和弯矩在不同桥墩间的分配趋于均匀,在使用相同桩基的情况下,减少了强度的浪费.可见,铅芯橡胶支座可改善桩基受力,并可优化桩基设计.     

对连续梁桥减隔震支座抗震性能的比较分析

以厦漳跨海大桥北汊南引桥为依托,采用有限元非线性时程分析方法,比较分析了铅芯橡胶支座和盆式橡胶支座对高烈度地区大跨径连续箱梁桥的抗震影响。研究结果表明:铅芯橡胶支座增加了结构在地震作用下的振动周期和主梁梁端位移,减小了固定墩的受力。相比盆式橡胶支座,铅芯橡胶支座可以使主梁梁端位移增加20%~200%,固定墩内力减小36%~80%。说明铅芯橡胶支座能够通过增加主梁位移达到减小桥墩受力的效果,隔震效果明显。该研究成果可为同类型桥梁的抗震设计提供参考。     

大跨连续梁桥板式橡胶支座隔震影响因素分析

为探究板式橡胶支座在不同影响因素下结构隔震性能的最优化,以北京高烈度区某大跨钢-混组合梁桥为工程背景,采用非线性时程分析和多指标综合评价方法,对比分析不同橡胶剪切模量、不同支座布置方案等多种影响因素下的隔震效果.结果表明,常规抗震方案下各墩地震力分配严重不均衡;在隔震方案中,降低橡胶剪切模量后主梁位移增大,墩底弯矩小幅减小,结构综合隔震效果变差;适当将聚四氟乙烯板与普通板式橡胶支座组合,综合隔震效果更好,且宜将聚四氟乙烯板式橡胶支座靠近中间墩布置;所用评价方法在综合考虑主梁位移和最大墩底弯矩后,可量化隔震方案优劣.     

多车辆一大跨连续梁桥耦合振动响应分析

为研究公路桥梁在各种复杂车辆行驶工况下的车桥耦合振动响应,提出基于ANSYS单一环境下的车桥耦合振动响应数值分析方法,该方法将桥梁与车辆模型均独立建立于ANSYS环境下,其耦合作用关系通过APDL编程语言计算并将其在任意时刻施加于车辆及桥梁结构,最终得到振动的时程响应.通过参考文献验证该方法正确,并对一座大跨连续梁桥在2～8辆车以各种常见车速行驶等工况下的车桥耦合振动响应进行了分析计算,总结了挠度、弯矩冲击系数的变化规律.     

基于全寿命周期成本的高速铁路连续梁桥减隔震方案研究

高烈度地震区大跨连续梁桥一般采用减隔震设计以减小结构地震反应及由此带来的经济损失,而不同的减隔震方案亦决定着结构的抗震性能和初始成本。为了从抗震性能和经济性两方面综合评价连续梁桥减隔震设计的合理性,以一座高烈度区高速铁路连续梁桥为背景,设计多种减隔震布置方案开展桥梁地震易损性分析,并基于全寿命周期成本最小准则探讨了桥梁在全寿命期内各方案的经济性。结果表明：全桥采用双曲面球型支座和黏滞阻尼器配合使用方案在全寿命周期的地震损失最小,但初始成本过高致其经济性较差;全桥布置双曲面球型支座、边墩配置黏滞阻尼器方案满足抗震设防要求且全寿命周期成本最小,为本文减隔震设计中的最优方案。本文提出的桥梁减隔震方案研究方法实现了结构抗震性能与其经济效益的双目标评价,为利益相关者对桥梁减隔震方案的合理决策提供了新思路。     

基于全寿命周期成本的高速铁路连续梁桥减隔震方案研究

高烈度地震区大跨度连续梁桥一般采用减隔震设计以减小结构地震响应及由此带来的经济损失,而不同的减隔震方案亦决定着结构的抗震性能和初始成本。为了从抗震性能和经济性两方面综合评价连续梁桥减隔震设计的合理性,以一座高烈度地震区高速铁路大跨度连续梁桥为背景,设计多种减隔震布置方案开展桥梁系统地震易损性分析,并基于全寿命周期成本最小准则探讨了该连续梁桥在全寿命期内各减隔震方案的经济性。结果表明:全桥采用双曲面球型隔震支座和液体黏滞阻尼器配合使用方案是全寿命周期地震损失最小的方案,但高达622×10~4元的减隔震措施费用引起桥梁初始成本过高,致使该方案经济性较差;全桥布置双曲面球型隔震支座、边墩配置液体黏滞阻尼器的方案在满足抗震设防要求的同时,大幅降低了桥梁初始成本,实现了结构减隔震措施造价与损失期望的有机平衡,为本算例桥梁减隔震设计中的最优方案。作者提出的桥梁减隔震方案研究方法有效弥补了当前在减隔震设计中主要考虑桥梁抗震性能而忽略其经济效益的不足,实现了结构抗震性能与其经济效益的双目标评价,为利益相关者对桥梁减隔震方案的合理决策提供了新思路。     

多跨连续梁桥顶推施工双导梁的优化分析

为了合理选择多跨混凝土连续梁桥顶推施工中前后双导梁的长度、单位荷载集度及抗弯刚度等参数,以三跨等跨混凝土连续梁桥为例,构建主梁-双导梁的计算简化模型. 利用位移法建立节点平衡方程,推导出各个节点的内力解析表达式. 分别研究不同导梁参数对支点最大负弯矩和跨内最大正弯矩的影响,揭示了在顶推施工过程中主梁内力的变化规律. 以实桥数值算例为例,提出合理、严谨的导梁参数优化计算方法,获得最优的导梁参数. 基于不同的前后导梁长度,分析不等跨连续梁桥的内力变化规律. 研究结果表明,等跨连续梁桥中不同导梁长度会影响顶推阶段,对于不等跨连续梁桥更加复杂. 在不等跨连续梁桥中,后导梁长度对支点最大负弯矩的影响较小,前导梁长度对支点最大负弯矩的影响较大. 实桥算例中导梁的最优长度比、单位荷载集度比及抗弯刚度比分别为0.78、0.14及0.39,提出的导梁参数优化计算方法简单,可以对不同的截面形式进行优化.     

某多跨变截面连续钢箱梁桥荷载试验研究

以某多跨变截面连续钢箱梁桥为工程背景,制定包括加载工况、测点布置在内的加载方案。通过荷载试验,检验桥梁结构的整体性能和承载能力。将实验结果与有限元分析数据对比分析,结果显示桥梁结构的工作状态较好,承载力满足设计要求。     

大应变FRP加固连续梁桥地震易损性分析

为评估地震作用下大应变纤维增强聚合物(large rupture strain fiber reinforced polymer, LRS FRP)加固桥梁的抗震性能,以一典型三跨连续梁桥为例进行了研究。目前关于LRS FRP约束混凝土往复轴压模型的研究较少,限制了LRS FRP加固桥梁的抗震分析。因此介绍了作者课题组提出的简化LRS FRP约束混凝土往复轴压模型,根据此模型并结合地震易损性分析理论,基于OpenSees平台,采用增量动力分析(incremental dynamic analysis, IDA)方法,对三跨连续梁桥在LRS FRP加固前后的地震易损性进行了分析。结果表明：轻微损伤和中等损伤状态下桥梁墩柱基本处于未受损坏的线弹性阶段,LRS FRP加固对其地震易损性影响不大;严重破坏和完全倒塌状态下,未加固桥梁的损坏超越概率明显大于LRS FRP加固的桥梁。提出的简化LRS FRP约束混凝土往复轴压模型可为LRS FRP加固桥梁的抗震分析提供参考。     

支架法现浇连续箱梁的支架设计

结合宁波观庄互通式立交工程的连续箱梁,介绍了支架法现浇连续箱梁施工的支架工程施工设计的方法和内容。     

多跨连续桥梁位移响应的动态影响线方法研究

为了提高桥梁结构健康监测系统的运行效率,真正实现针对问题结构的实时评价,提出了多跨连续桥梁响应求解的动态影响线方法.结合传统准静态影响线的定义,将影响线的概念扩展到动态影响线范围,利用有限元软件强大的模态分析功能,在准确获取振型函数的基础上,实现对多跨连续桥梁结构的动力响应求解.通过数值模拟,验证了桥梁动态位移影响线求解的准确性,为进一步的应用做好准备.     

简支梁桥拱型桥面连续构造的受力性能

针对国内简支梁桥桥面连续混凝土开裂的现状,建立有限元模型分析桥面连续构造的破坏机理.分析结果表明：造成桥面连续混凝土开裂的主要原因是简支梁的纵向位移、转动及不均匀沉降引起的内力,直接作用于混凝土或通过纵向连接钢筋传递至混凝土,为了改变内力的传递方式,解决桥面连续混凝土的开裂问题,根据拱型结构拱脚受拉使拱顶产生正弯矩的受力特点,提出一种新型的拱型桥面连续装置.为了验证该装置的有效性,制作了拱型桥面连续和传统型桥面连续的模型并进行了设计荷载下的受力试验.试验对比结果及有限元计算表明：拱型桥面连续装置对混凝土的拉力有较好的分散作用,大大减小了桥面连续混凝土的纵桥向拉应力,有效地改善了桥面连续混凝土的开裂损伤.     

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。     

三跨独柱连续曲线梁桥抗倾覆稳定性分析

为研究三跨独柱连续曲线梁桥的抗倾覆能力,基于结构倾覆的力学原理并根据桥梁倾覆轴选取原则,推导了微弯桥与弯桥的倾覆轴选取临界方程,比较了弯桥中两类倾覆轴下的抗倾覆稳定性,对三跨独柱连续曲线梁桥的抗倾覆稳定系数进行了验算,并与规范公式计算值进行对比。计算结果表明:在选取弯桥倾覆轴时,根据两中墩支座连线作为倾覆轴进行抗倾覆验算的结果更安全;三跨独柱连续曲线梁桥的抗倾覆稳定系数随曲率半径增大呈现先减小后增大的趋势;对于微弯桥,理论计算值比规范计算值更大;对于弯桥,两者基本一致。     

预应力混凝土箱型梁桥温度效应分析

参考我国公路、铁路和英国规范不同的温度梯度规定,对某大跨径连续梁桥进行温度效应计算,对结构的内力和变形进行分析比较,得出可供设计和施工参考的结论。