基于IDA和纤维模型的高墩大跨连续刚构桥梁地震反应分析

基于纤维模型的有限元方法,建立了典型高墩大跨连续刚构桥的非线性数值分析模型.采用动力增量分析法,即IDA方法对结构进行了非线性动力时程分析,分别探讨了在纵桥向和横桥向地震作用下高墩连续刚构桥梁结构的破坏规律、最大位移和最大曲率的关系,高阶振型效应对高墩大跨连续刚构桥墩身内力和变形的影响及位移和曲率沿墩高变化的规律.     

冲刷环境下跨海桥梁海陆地震动作用易损性对比研究

现有跨海桥梁抗震分析时仍选用陆地地震动而忽略了海底与陆地地震动间的差异,且处于海洋环境中的桥梁下部结构在长时间流水冲刷下桩周土体流失进而导致结构稳定性降低。本文以某跨海大桥引桥段为例,利用ABAQUS建立有限元计算模型,考虑桩土作用和动水压力等因素影响,采用概率地震需求分析方法对不同冲刷环境下陆地和海底地震动作用下的桥墩、支座进行易损性分析。通过绘制桥墩、支座超越概率易损性曲线和超越概率增幅柱状图研究桥梁关键构件在海、陆地震动和不同冲刷深度下的损伤发展规律。研究结果表明：海底地震动下桥墩对比陆地地震动作用下更易损坏,且随着土体局部冲刷深度增加,桥墩破坏概率持续提高;冲刷深度对桥墩纵桥向破坏超越概率影响更为明显,同等强度地震动激励下,桥墩纵桥向破坏超越概率高于横桥向。支座较桥墩在相同工况作用下更易发生破坏,海底地震动作用下其破坏超越概率增幅普遍高于陆地地震动;随着冲刷深度增加,支座破坏超越概率逐渐提高,且随着地震动强度的增加,相较于陆地地震动,海底地震动作用下支座破坏超越概率受冲刷深度的影响更加明显。     

考虑桥墩非线性的深水桥梁抗震性能分析

针对目前深水桥梁抗震流固耦合研究中对桥墩非线性的影响认识的不足,本文基于弥散裂缝混凝土理论,建立了考虑钢筋混凝土桥墩非线性的三维桥梁墩柱实体模型,研究了弥散裂缝混凝土模型对于模拟地震作用下钢筋混凝土结构力学行为的可行性。在此基础上,采用Φ-U格式的势流体单元模拟桥墩周围水体,建立了考虑桥墩的非线性深水桥梁流固耦合分析模型,研究了不同地震重现期下动水效应对采用非线性桥墩的深水桥梁的影响。研究表明:采用非线性桥墩之后,结构的振动特性将与线弹性结构有所差别,从而导致动水效应对结构的影响不同于动水效应对线弹性结构的影响,桥墩非线性较明显时,动水对桥梁结构的影响较大。     

极端降雨与强人类活动复合作用下山洪灾害研究构想和成果展望

全球气候变暖导致山丘区极端降雨事件多发,降雨强度与量级不断突破区域历史极值,同时叠加山丘区脆弱环境和强人类活动影响,山洪形成及演进致灾成因复杂多变,由此加重了暴雨山洪引发的人员伤亡和财产损失。山洪灾害具有显著的自然和社会双重属性,其形成发展是山丘区环境孕灾承灾因子复合作用的结果。我国山丘区局地气候独特,地质地貌类型众多,溪河水系复杂,人类活动影响突出,大量重大山洪灾害事件表明,极端降雨诱发的山洪过程及致灾特征各异,给山洪灾害预报预警防御造成极大困扰,山洪灾害研究仍是当前重大自然灾害防控的重点和难点。长期以来,我国山洪灾害研究多偏重于雨水情时空变化规律,着重研究降雨影响的山洪洪水淹没特征,据此推算山洪灾害防治区的临界雨量/水位阈值,在山洪灾害防治实践应用中取得了较为显著的成效,山洪灾害事件导致的人员伤亡数总体显著下降。然而,受山丘区降雨特征、下垫面组成、溪河形态及人类活动等多因素影响,山洪洪水形成演进时常挟带大量泥沙,从而表现为山洪水沙、山洪泥石流等物理过程,导致的局地冲毁、淤埋、淹没等致灾成因及阈值与山洪洪水致灾也存在本质差异,这也是近年来我国重大山洪灾害事件多发的主要原因。针对极端降雨诱发多类型山洪形成演进与强人类活动复合作用致灾防御难题,拟利用气象学、水文学及河流动力学等多学科知识,采用现场调查、物理实验、数值模拟及理论分析相结合的方法,从传统单一的山洪洪水灾害研究扩展为全类型山洪灾害(山洪洪水灾害、山洪水沙灾害、山洪泥石流灾害)研究,开展全类型山洪引发的冲毁-淤埋-淹没等复合致灾研究,系统探究我国重灾省区重大山洪灾害事件的强降水时空演变规律,剖析极端降雨与强人类活动复合作用下多类型山洪形成及其演进致灾范围、规模特征,揭示气象水文溪河响应与强人类活动影响的不同类型山洪灾害致灾成因,建立气象水文水沙动力过程模拟方法,辨识山丘区流域全类型山洪冲毁-淤埋-淹没风险,提出不同类型山洪灾害易发区识别方法,构建山洪洪水灾害、山洪水沙灾害及山洪泥石流灾害分区分级多指标预警防御方法。该研究有利于提升我国山洪灾害理论技术研究水平,并进一步完善我国山洪灾害防治对策。     

支座对连续梁桥地震反应的影响分析简

基于midas有限元桥梁计算软件,建立三跨连续梁桥模型,确定合适的地震波,计算了某设计桥梁在静载作用下的支座摩阻力和汽车制动力对桥墩影响,通过对三跨连续梁桥不同支座在E1地震力作用下的时程分析法计算,得出了地震作用下的桥墩内力情况.结果表明,在E1地震作用下,结构在弹性范围内,采用减震支座和非减震支座的计算影响差别不大,并且严寒地区桥梁的桥墩强度设计是静力计算控制的.     

独柱墩连续梁桥横向减震分析简

独柱墩连续梁桥在城市中常被采用,为使其尽量少地影响地面交通,桥墩墩径应受到限制,桥梁横桥向支座间距减小,地震作用下其稳定性较差.本文应用MIDAS CIVIL有限元软件通过对桥梁上部结构、支座、下部结构的模拟,建立了动力模型.对桥梁采用不同支座进行动力时程分析,计算分析结果表明,在E2地震荷载作用下,铅芯橡胶支座能有效降低地震力对桥墩的横向受力影响.     

考虑桥墩轴力变化影响的刚构桥近场地震反应

为了分析刚构桥梁顺桥向近场地震反应特性,通过对远场地震时程叠加三角函数拟合速度脉冲的方法模拟近场地震动,根据纤维及塑性铰2种计算模型在近场地震作用下弹塑性地震反应计算结果讨论地震动脉冲对中等规模刚构桥梁地震反应的影响.结果表明,刚构桥梁在地震作用下桥墩轴力变化较大,采用纤维模型计算时桥墩地震反应较大|近场脉冲型地震激励下,桥梁地震反应与脉冲持时有关,短周期脉冲对本桥地震反应影响较大.采用叠加速度脉冲的方法模拟近场地震是可行的方法.     

基坑开挖对既有小直径桥墩的影响分析及加固设计

温州市某主干道采用U型槽下穿高速公路桥梁。U型槽基坑开挖改变了既有小直径桥墩的受力状态,并对桥梁结构安全造成影响。针对该情况,采用有限元数值分析,并结合实验室土工试验,对U型槽基坑开挖各个工况下小直径桥墩位移和内力进行力学分析。分析结果表明:基坑开挖导致桩基附加弯矩增大,桥墩发生较大横向位移,裂缝宽度达0.18 mm。根据受力分析结果,对既有小直径桥墩进行加固设计。桥墩加固后进行基坑开挖,减小了桥墩横向位移,附加弯矩降低,裂缝减少至0.07 mm,桥墩稳定性安全系数得到提高。通过施工监测数据和数值计算结果的对比,计算分析值与实测值基本吻合。本文工作可作为同类型小直径桥墩全周围基坑开挖结构分析与加固设计的借鉴。     

风暴潮、浪作用下中小型跨海桥梁破坏形式与数值模拟研究

强台风形成的巨浪、风暴潮对跨海桥梁的安全造成了严重威胁,为探讨台风风暴潮、浪共同作用下中小型跨海桥梁上部结构和下部结构的破坏机理及台风风暴潮期间不同水位下的波浪对下部结构的作用规律,开展了台风风暴潮、浪共同作用下中小型跨海桥梁破坏形式调研,发现风暴潮、浪作用下中小型跨海桥梁上部结构的破坏形式主要有梁体离位、梁体脱落和梁体断裂,主要原因为梁体被迫发生无约束运动;下部结构破坏主要表现为结构偏移、倒塌以及盖梁连接失效破坏,主要原因为水动力作用较强及上部结构撞击。通过CFD三维数值模拟研究了桥梁下部结构波浪荷载,给出了考虑风暴潮水位下波浪冲击桥墩的经验公式。根据调研及数值模拟,提出了设计及施工建议。     

高墩大跨T构桥桥墩的有限元分析

某高墩大跨 Ｔ 构桥,上部结构为预应力混凝土箱形梁,桥墩采用钢筋混凝土变截面空心墩．根据 Ｔ 构桥的结构特点,利用空间块体单元对桥跨和桥墩进行有限元离散,计算了该桥在４ 种工况下桥墩的强度与变形,给出了桥墩３ 个典型截面的应力等值线图,计算结果表明：桥梁在外荷载作用下,墩顶位移满足桥梁规范要求;桥梁在正常满荷载作用下,桥墩墩顶内部出现局部拉应力,但小于容许值;温度对墩底的应力产生较大影响,但范围较小,距墩底２ ｍ 以上的温度应力影响可忽略不计     

高墩大跨T构桥桥墩的有限元分析

某高墩大跨Ｔ构桥,上部结构为预应力混凝土箱形梁,桥墩采用钢筋混凝土变截面空心墩。根据Ｔ构桥的结构特点,利用空间块体单元对桥跨和桥墩进行有限元离散,计算了该桥在４种工况下桥墩的强度与变形,给出了桥墩３个典型截面的应力等值线图,计算结果表明：桥梁在外荷载作用下,墩顶位移满足桥梁规范要求;桥梁在正常满荷载作用下,桥墩墩顶内部出现局部拉应力,但小于容许值;温度对墩底的应力产生较大影响,但范围较小,距墩底２     

重载铁路连续刚构桥徐变精细化数值分析

为了研究重载铁路连续刚构桥的空间徐变效应,通过ANSYS UPFs(user programmable features)功能进行本构关系二次开发,实现了桥梁徐变计算。依托山西省最大的重载铁路连续刚构桥为背景工程开展研究,采用空间壳模型模拟箱梁,空间梁单元模拟桥墩,考虑了连续刚构桥的施工过程,开展了重载铁路连续刚构桥的空间精细化数值分析。对比分析了空间数值模型和梁模型的长期下挠特性,同时对比了不同规范对计算结果的影响。研究结果表明:考虑空间徐变效应后梁体的长期变形发生了较大变化,壳单元模型的竖向下挠量比梁单元模型增加了25%左右。B3模型的计算下挠度比JTG D62-2004规范和TB规范大,需要采用B3模型进行桥梁长期变形验算。     

地震作用下斜交连续梁桥碰撞效应分析

了解强烈地震下上部梁体结构与桥台间碰撞效应对斜交连续梁桥的地震反应影响十分重要,以唐子河大桥为原型,建立了不同斜度的斜交连续梁桥非线性有限元计算分析模型.利用非线性时程分析方法,对比研究了不考虑碰撞效应和考虑碰撞效应两种情况下的斜交连续梁桥地震反应特征规律.结果表明:梁体与桥台间的碰撞效应会使斜交连续梁桥的上部结构产生扭转位移,且随着斜度的增大而增大;考虑碰撞作用的桥墩最大扭矩明显大于不考虑碰撞作用的桥墩最大扭矩.在斜交连续梁桥的抗震设计过程中如不考虑这种碰撞作用,会低估桥墩的地震扭矩效应,增大下部墩柱结构的设计风险.     

大型深基坑施工对超近距桥墩影响的数值分析

以某邻近高架桥墩的新建大型深基坑工程为背景,采用FLAC3D进行数值模拟,并通过计算结果分析了大型深基坑工程施工对既有超近距高架桥墩结构的影响,得出了不同距离桥墩水平及竖向变形规律,并提出了具体的建议措施。     

滑坡灾害典型受灾体失效概率计算方法及应用

从系统研究的角度看,滑坡灾害系统包括致灾体子系统和受灾体子系统。滑坡灾害是这2个子系统共同作用的结果。以往的研究主要集中在致灾体稳定性的评价上,没有全面考虑2个子系统对灾害风险的影响,尤其缺少对受灾体子系统的研究。针对这种现状,对一种典型受灾体（框架结构）在滑坡灾害作用下的失效概率计算方法进行探讨：将滑坡灾害致灾模式简化为致灾体对受灾体的冲击破坏模型,推导了滑坡冲击力计算公式;探讨了典型受灾体整体功能函数的建立方法,提出了滑坡灾害典型受灾体失效概率计算方法。采用该方法进行了算例分析,分析了滑坡灾害致灾强度和受灾体抗灾性能对受灾体失效概率的影响,得出滑坡灾害影响范围可划分为绝对危险区域、相对危险区域和绝对安全区域。还研究了受灾体失效概率对不确定性影响因素的敏感性,得出当定值计算受灾体为失效时,受灾体失效概率随影响因素变异性增加而减小;当定值计算受灾体为安全时,受灾体失效概率随影响因素变异性增加而增加。     

辽宁省普通公路桥墩抗冲刷防护形式数值模拟

目的 探讨桥墩圆形石笼防护和矩形石笼防护对流场造成的影响,进而判断出何种防护形式更适合作为桥墩防护结构.方法 采用GAMBIT软件建立计算模型,之后采用流场分析软件FLUENT,运用VOF方法对圆形石笼防护和矩形石笼防护进行数值模拟分析,从水流流速、动压力、河床剪切力、紊流强度四个方面进行研究.结果 矩形石笼防护对流场的影响非常大,而且矩形石笼的阻水效果非常明显,这会影响水流的流势和河床的稳定,圆形石笼防护也有阻水效应,但是这种效应造成的影响较小.结论 数值模拟分析发现圆形石笼防护更为合理,更加适合对桥墩进行防护.通过实际工程验明桥墩处采用圆形石笼防护可有效保护桥墩.     

地震作用下大型桥梁群桩基础动水压力效应分析

以某长江公路大桥大型群桩基础为研究对象,以ABAQUS有限元软件为计算平台,采用整体有限元法对桥梁群桩基础的地震反应进行了数值模拟计算,选取三条傅氏谱频谱特征明显不同的地震波,考虑了土体和混凝土的非线性特征,分析了深厚场地上大型桥梁群桩基础的动水压力效应。结果表明:动水压力效应改变了桥梁群桩基础的地震反应特性,对桩身的加速度、位移和内力反应有不同程度的影响。对于大型桥梁基础抗震计算,分析群桩基础动水压力效应的影响更符合工程实际。     

圆柱桥墩局部冲刷安全防护方法研究

针对当前桥梁服役环境复杂、受冲刷影响大和防护成本高等问题,基于 Ｆｌｏｗ－３Ｄ 软件的水动 力学分析对圆柱形桥墩局部冲刷安全防护方法进行数值模拟研究。参考 Ｍｅｌｖｉｌｌｅ经典水槽实验, 利用标准ｋ—ε湍流模型和大涡湍流模型求解圆柱形桥墩墩周水流流态与河床局部冲刷形态变化, 并进一步运用大涡湍流模型,考虑牺牲桩桩径、桩心距以及牺牲桩与护圈共同作用对桥梁最大冲刷 深度的影响,建立了结合局部冲刷安全防护的圆柱形桥墩冲刷数值模型。实验结果表明：在给定的 网格划分条件下,大涡湍流模型相较标准ｋ—ε湍流模型计算精度高;牺牲桩的桩径以及桩心距都 会影响桥梁最大冲刷深度,在所选取的工况条件下,牺牲桩桩径为０．２５Ｄ,桩心距为 Ｄ 时冲刷深度 最小;牺牲桩在与护圈共同作用时能够进一步减少桥梁最大冲刷深度。     

流速空间相关性对洪水作用下简支梁桥可靠度的影响

对一个两跨简支梁桥进行洪水作用下可靠性分析,将洪水流速视为随机场,基于模型试验分析了流速沿桥梁跨度方向的空间相关性,采用K-L展开法模拟流速随机场,研究了沿桥梁跨度方向流速空间相关性对洪水作用下桥梁可靠性的影响.结果表明:随着距离的增大,流速沿桥梁跨度方向的空间相关性减弱;可靠指标随着流速、相对淹没深度的增大而减小,当相对淹没深度趋于2.5时,可靠指标趋于恒定;流速空间相关性对可靠指标的影响显著,随着相关距离增大,可靠指标减小,并逐渐趋于常数.     

预应力锚索对均质岩体的加固效应模拟试验研究

本文采用相似材料模型试验方法研究了单根预应力锚索对均质岩体的加固效应，给出了在三种不同长度的锚索作用下，岩体中受力变形规律，分析了锚索长度、预应力数值等对加固效应的影响，并与有限元计算结果作了对比。