A method for examining the seismic performance of steel arch deck bridges

To examine the seismic resistance performance of a steel arch bridge during a strong earthquake, an approach is proposed in this paper to determine the ultimate strain of an arch rib using the static elasto-plastic large deformation theory. A steel fixed-end deck arch bridge with a span length of 200 m was used as an example in this study. The ultimate strain of the arch rib was calculated using the elasto-plastic finite element model. The seismic responses of the arch bridge exposed to strong earthquakes in two and three directions were also simulated. Moreover, the effect of earthquake motion in the lateral direction on the elasto-plastic earthquake response was discussed, and the seismic resistance of the structure was analyzed. The results show that steel arch bridges have preferable seismic resistance under strong earthquake conditions. While lateral earthquake motion has some influence on the damage to an arch bridge, it has little effect on the displacement, axial force, and bending moment responses of the arch rib. It is feasible to examine the seismic performance of the arch bridge by ascertaining the out-of-plane and in-plane earthquake responses of the bridge.     

宁波姚江大桥抗震性能研究

目前,大跨度钢桁架拱桥的抗震设计分析相对较少,无规范可遵循.以宁波城庄路姚江大桥为例,建立了主桥和引桥一体的动力分析模型,分析了桥跨结构的动力特性和地震反应,探讨了主、引桥相互间的影响作用,并比较了几种改善抗震性能措施的效果.罕遇地震下主桥纵向固定墩基础难满足抗震要求,可采用减震措施.     

钢-UHPC组合桁式拱桥拱肋与腹杆节点性能试验研究

钢-UHPC组合桁式拱桥的提出,有望解决特大跨径拱桥造价高、难以施工等难题。对1000m钢-UHPC组合桁式拱桥拱肋与腹杆关键节点的受力性能进行了研究,计算表明,在荷载基本组合作用下节点拉、压杆的轴力均超过10000kN,为保证节点处钢和UHPC两种材料牢固结合,通过节点受力分析和优化研究,提出了一种带混合连接件钢接头的UHPC箱型拱肋与钢腹杆新型节点连接构造。对最不利受力的节点制作了1∶5缩尺模型,不考虑箱型拱肋底板和腹板对节点受力的贡献,开展了平面三向加载试验和抗拔试验。试验结果表明：平面三向加载试验中节点的破坏模式为UHPC拱肋一侧开裂,另一侧压溃,但节点连接保持完好;抗拔试验中节点的破坏模式为UHPC拱肋沿钢接头的轮廓剪切破坏;平面三向加载试验中,钢腹杆的极限荷载是设计荷载的2.72倍,且UHPC拱肋的名义开裂应力为13.36MPa,是设计应力的1.85倍,表明节点的承载能力和抗裂性能满足设计要求;钢接头与UHPC拱肋结合面的抗剪性能和抗拔性能满足正常使用极限状态和承载能力极限状态的要求。     

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。     

罕遇地震作用下某大跨度钢桁架拱桥抗震分析

怒江特大桥主桥为主跨490m的上承式钢桁架拱桥,由于桥位处抗震设防烈度要求较高,又是跨越怒江的特大型桥梁,其抗震性能尤为重要。本文结合怒江特大桥的抗震设计,从地震输入、地震响应计算等方面研究钢桁拱桥的抗震性能,计算结果已被该桥的设计使用。     

中承式异形钢管混凝土拱桥动力特性分析

运用通用有限元软件ANSYS对某中承式异形钢管混凝土拱桥进行了动力特性的数值模拟分析,给出了自振频率和振型描述,并对自振特性的影响因素进行了研究.结果表明:主拱肋、竖吊杆、斜撑有助于增强拱桥的竖向刚度;副拱肋对拱桥面外振动影响较大,其外倾角影响结构整体刚度;横撑、斜撑的设置有助于提高拱肋的横向刚度,增强抗风的稳定性;二期恒载集度对竖弯振动影响较大;边界条件对拱桥的动力特性有显著影响.研究结果可以为同类桥粱的抗震设计提供参考.     

无风撑背靠式钢管拱肋焊接变形控制技术

介绍了韩江北桥无风撑人字形背靠式钢管混凝土拱桥钢拱肋合拢后,通过对钢管拱肋焊接变形有效控制以减小钢管拱肋横向偏位,使其达到了规范允许范围之内。     

钢管拱桥拱肋脱空负压灌浆修复技术研究与应用

钢管拱桥是一种常见的公路桥梁型式,但拱肋混凝土脱空是此类桥梁常见的病害。本文针对此问题,以高强度、低粘度、高渗透、耐低温、高柔性灌浆材料在模拟试验研究中所表现出的优异性能为例证,说明本材料在钢管拱桥拱肋脱空病害处治中所具有的优势。本试验的研究成果对拱肋混凝土脱空病害的处理有实际的应用意义。     

Study on steel box girder bridges partly stiffened by CFT arch ribs

A new type of arch girder bridge, steel box girders partly stiffened by arch ribs, is proposed and the structural characteristic is studied. Arch ribs are concrete filled steel tubes (CFT) which have high resistance against compression and bending. A parametric study is carried out for the arch girder bridge with different ratios of arch span length to arch rise. Bending moment and tensile forces of the girder are largest with the shortest arch span and decrease as the arch span becomes longer. On the other hand bending moments of the girder do not significantly depend on the arch rise. Bending moments and compressive forces of the arch rib have the same tendency as the girder. Safety of the structural members is verified by the limit state design method considering non-linear stress versus strain relations of steel and concrete. Large deformation elastic–plastic analysis is conducted for the basic case of the proposed bridge to clarify the global buckling strength. Three inclined angles of the arch rib plane are assumed as initial imperfections. The larger initial imperfection decreases the lateral torsional buckling strength. Estimated construction cost of the arch girder bridge with steel pipes without concrete filling is 9% higher than that of the basic CFT arch girder case. The pure CFT arch bridge is the most economical and 23% lower than the basic case. However, as the arch rise of this pure arch bridge is higher, its esthetics may be inferior and it also restricts the available aerial space. This study shows that the proposed bridge has sufficient resistance against bending, compression, global buckling and is considered feasible.     

三管式空间桁架钢管混凝土拱桥的创新技术

三管式空间桁架钢管混凝土拱桥,截面构造简洁,可较好兼顾拱肋的横向、竖向刚度需求,具有截面形状稳定、吊杆(立柱)传力直接、施工便捷的优点。结合贵阳市花溪大桥的设计,提出了三管式截面的设计方法,分析了大桥的静力性能和极限承载力,表明大桥具有较好的刚度和安全储备;研究了拱肋管内混凝土采用泵送自密实混凝土的应用工艺,综合检测表明应用效果良好。     

TMD对大跨钢管混凝土拱桥的减震性能研究

以某单拱肋钢管混凝土拱桥为原型,通过Midas软件对其有限元模拟并进行动力分析得到该拱桥的动力特性。根据分析结果在主拱肋顶部拟安装TMD系统,分别按照主结构无阻尼和有阻尼两种情况研究该TMD最优参数的取值。对比布置所求参数的TMD前后该拱桥主拱圈顶部在三种不同地震波作用下的位移反应,分析该TMD装置对该拱桥的减震性能。     

垂直提升开启式拱桥动力特性分析

首先介绍了垂直提升开启式拱桥的基本组成以及开启与闭合过程的实现,然后运用有限元软件MIDAS/Civil对一座垂直提升开启式钢管混凝土人行拱桥进行了动力特性的数值分析,研究了桥梁闭合状态和开启状态下的自振频率和振型,分析了拱肋刚度和横撑数量对该类型桥梁自振特性的影响。结果表明:桥梁开启前后的振动频率在第5阶时差别稍大,其他各阶自振频率几乎相同,振型也基本相同;开启后开启段主梁的纵向和竖向振幅较大;增大拱肋的刚度,结构自振频率增大,有利于提高拱桥的整体稳定性;横撑数量的多少对拱肋的耦合振动影响最大;所得结论可以为同类型桥梁的设计和抗震分析提供参考。     

核心筒部分悬挂结构振动台试验及分析

提出核心筒部分悬挂结构体系,该体系将框架-核心筒结构有多道抗震防线的优势与核心筒悬挂结构减震性能好的优势相结合:在地震反应相对较小的底部采用框架-核心筒结构,在地震反应相对较大的上部采用核心筒悬挂结构,并采取在悬吊结构楼板与核心筒之间设置阻尼器和设置素混凝土连接键的构造措施,实现对结构地震反应的有效控制。进行了一个8层1:10比例的核心筒部分悬挂结构模型的模拟地震振动台试验研究,分析了结构在弹性阶段、弹塑性阶段的动力特性以及该结构在不同峰值加速度的El Centro地震波作用下的地震反应,建立结构分析模型,用SAP2000程序对该结构进行了弹性和弹塑性时程地震反应分析,计算结果与试验结果吻合较好。试验及分析表明,该结构具有良好的减震性能。     

钢管混凝土拱桥的动力稳定极限承载力研究

从结构极限承载力的角度研究钢管混凝土拱桥在地震作用下的动力稳定性能。基于大型通用有限元程序ANSYS的应用平台,使用其APDL语言,采用B-R运动准则结合动态增量法(IDA)提出用特征响应寻求钢管混凝土拱桥动力稳定极限承载力的研究方法,分析地震动输入方向、结构几何非线性、材料非线性及其结构初始缺陷模式和大小对动力稳定极限承载力的影响,结果表明横向输入对拱桥稳定最为不利,材料非线性的影响比几何非线性影响大,几何初始缺陷会降低拱桥的动力稳定极限承载力,其中以反对称最为不利。最后,通过对一钢管混凝土模型拱桥的振动台试验的分析比较,表明该方法的正确性和工程适用性,可为系统研究钢管混凝土拱桥的动力稳定性能提供理论分析基础。     

足尺水泥聚苯模壳格构式混凝土填充墙钢筋混凝土框架抗震性能试验研究

为研究水泥聚苯模壳(EPSC)格构式混凝土填充墙钢筋混凝土(RC)框架的抗震性能,对一足尺单层EPSC格构式混凝土填充墙RC框架模型进行了振动台试验。试验中考虑了墙体开洞及墙体与RC框架的连接方式,研究了不同强度地震动作用下模型结构的动力特性、加速度反应、位移反应、层间剪力和动应变反应。研究结果表明：连续强震动作用下EPSC裂缝数量较多,部分格构柱水平开裂,而RC框架未发现损伤,EPSC格构式混凝土填充墙RC框架具有良好的抗震性能;模型最大层间位移角仅为1/513,格构式混凝土墙体的存在极大增强了RC框架的抗侧刚度;墙体与RC框架设置不同间距、长度的拉结筋均能提高墙体的平面外稳定性能,可控制墙体与框架协同工作。     

Pseudo-dynamic testing of hybrid frame with steel beams bolted to CFT columns

This paper presents an experimental study on seismic behavior of a composite structural frame system consisting of concrete filled steel tube columns and steel beams with bolted endplate connections. Based on current seismic provisions and previous research, a ten-story prototype building was designed. Analytical models were developed to predict the elasto-plastic behavior of the prototype frame under a series of ground motion records. A four-seventh scale sub-structure model consisting of two stories and one and half span was constructed and subjected to simulated seismic excitations using pseudo-dynamic hybrid testing method. Results from the tests indicate that the model behavior under the simulated seismic loading was consistent with the expected performances analyzed for different earthquake hazard levels. Finally, quasi-static test and pushover test were also conducted to identify the ultimate failure mode of the testing model. The study shows that the proposed system can offer appropriate strength and adequate ductility required for seismic design.     

三跨中承式钢管混凝土拱桥抗震性能分析

对某三跨中承式钢管混凝土拱桥进行了抗震分析,按照＂统一理论＂将拱肋换算为一种材料,通过模态分析得到结构的固有频率和振型。采用Rayleigh阻尼进行基本烈度和罕遇地震下的时程分析,得到不同加速度峰值下的最大内力、变形。结果表明：该拱桥以横桥向振动为主,拱肋平面外的刚度与平面内刚度相比较小,符合物理概念;拱脚的内力普遍大于拱顶,需综合考虑不同工况确定极值内力;拱桥在地震下的力学性能较好,能够满足规范关于常遇和罕遇地震下的强度与延性的规定。     

桁式钢管混凝土拱桥面内极限承载受力研究

以4管桁式钢管混凝土拱桥为实例,采用弹塑性大变形计算理论,对拱桥面内极限承载受力全过程进行研究。对拱肋失稳形态和拱肋竖向位移、轴力、弯矩的发展等方面作了比较。最后对钢管混凝土拱桥设计规范(修订稿)中的简化计算方法进行了讨论。     

钢管混凝土系杆拱桥稳定性分析

采用空间有限元程序,分析了钢管混凝土系杆拱桥的横向弹性稳定性,特别分析了风撑布置形式、风撑侧向刚度以及拱肋、系梁、横梁等刚度对桥梁稳定性的影响程度,以促进钢管混凝土系杆拱桥的研究。     

中山异型拱桥力学性能试验及模拟分析

中山异型拱桥是由两条倾斜的钢拱肋、桥面曲线钢箱梁及倾斜的吊杆组成的多元空间体系,属于特殊的空间钢肋拱桥,受力复杂。为研究其力学行为,进行了缩尺模型试验。介绍了该桥模型试验的目的、模型设计原则、测试工况、加载方案以及应变和变形测点布置情况等,给出了几个主要荷载工况下模型试验的主要结果。同时利用ANSYS软件建立空间有限元模型,对其静力、动力性能进行了理论分析。试验数据与理论数据比较接近,证明该桥设计是合理、安全的。