主塔塔型对大跨度钢塔斜拉桥地震反应的影响

为研究钢塔斜拉桥在不同塔型下的地震反应,以实际桥梁工程为背景,从斜拉桥抗震设计的角度出发,利用反应谱方法分析了独柱塔、H型塔和钻石型塔三种塔型对斜拉桥地震反应的影响。结果表明:独柱式钢塔斜拉桥的纵飘周期最长,H型塔最短;独柱式塔的横向侧弯周期也最长,钻石型塔最短。纵向+竖向地震作用下,H型塔及其基础的地震弯矩较大,但塔顶和塔梁间地震位移较小;横向+竖向地震作用下,钻石型塔的塔柱地震轴力较大,独柱式塔较小,独柱式塔的基础地震弯矩需求也较小。总体而言,在7度地震区,对于钢塔及其基础,地震均不会控制设计。     

独塔斜拉桥抗震性能分析

以某采用塔、梁固结体系的独塔斜拉桥为例,采用通用有限元软件建立空间动力模型研究了该桥的动力特性,并分析了该体系独塔斜拉桥在E1和E2两种概率水平地震作用下分别采用纵向+竖向和横向+竖向两种不同地震输入组合下的主塔结构抗震性能,取得了一些有价值的结果,可为独塔斜拉桥的抗震设计提供参考。     

部分斜拉桥结构性能分析

X9桥是一座三跨预应力混凝土部分斜拉桥。以该桥为工程背景，分析了主梁刚度、主塔刚度和拉索截面积等参数变化对结构静力性能和动力特性的影响。分析的结论对此类桥梁的设计提供了借鉴。     

基于性能的矮塔斜拉桥结构地震易损性分析

采用OpenSees软件建立了典型矮塔斜拉桥结构三维有限元计算模型,并通过拉丁超立方体抽样方法考虑了结构构件中钢筋和混凝土强度的随机性,建立了地震动-桥梁样本集,分别针对纵桥向和横桥向两个方向,同时考虑竖向地震动分量的贡献,对有限元模型进行了增量动力分析,分别提取了矮塔斜拉桥的主塔及边墩不利截面的钢筋和混凝土的应变、主梁弯矩、斜拉索轴力以及支座的相对位移及其他受力构件的反应结果,结合相应的损伤指标,对矮塔斜拉桥结构进行了地震易损性分析,选择合理的分布函数及其参数进行易损性曲线拟合,为同类桥梁抗震设计及地震风险评估提供参考。     

地震下波纹钢腹板矮塔斜拉桥的响应特性

波纹钢腹板矮塔斜拉桥是"矮塔斜拉桥"和"波纹钢腹板预应力混凝土箱梁桥"的结合。继世界上两座波纹钢腹板矮塔斜拉桥(日本栗东桥和日见桥)建成以来,该桥型得到了工程界的广泛关注。本文以某预应力混凝土矮塔斜拉桥为背景,用波纹钢腹板代替原桥混凝土腹板重新设计,选取主梁高跨比、主塔高跨比及拉索间距三个设计参数分别进行反应谱分析,获得不同参数的变化对桥梁地震响应特性的影响规律,为波纹钢腹板矮塔斜拉桥的抗震设计与分析提供参考。     

长周期地震动对独塔宽幅斜拉桥地震响应的影响

为了预测独塔宽幅斜拉桥长周期地震响应,以便进行更合理的抗震设计和评估,采用Open SEES软件建立了某独塔宽幅斜拉桥的非线性有限元模型,基于傅里叶变换分析了长周期地震动频谱特性,对比研究了桥梁在远场谐和型地震波、近断层脉冲型地震波、普通地震波以及与设计反应谱匹配的人工地震波作用下的动力响应,并基于能力/需求法对该桥的抗震性能进行了评估。研究表明:长周期地震动对周期为2~4s的独塔宽幅斜拉桥的地震响应具有明显的放大作用,远场谐和型地震波作用下的内力响应为普通地震波的2倍以上,位移响应为普通地震波的18倍以上;主塔塔底截面抗震性能是全桥抗震性能的关键环节,长周期地震动会使塔底截面产生显著的塑性变形,导致主塔和主梁产生大位移,并引发支座破坏;背景工程的横桥向抗震性能比纵桥向更低,且长周期地震动对横桥向抗震性能的影响更明显。     

双塔单索面斜拉桥自振特性测试及分析

广州海印桥为主跨175m的双塔单索面斜拉桥,基于有限元分析结果对海印桥进行自振特性测试,分析结构形式对动力特性的影响,并将基频分析结果与规范取值进行比较,同时结合该桥的自振特性实测结果,评价该桥的动力性能,研究表明:该桥的自振特性为低频小阻尼振动,采用规范计算的竖向弯曲基频与有限元分析数值及实测值均比较接近,结构设计合理且具有良好的动力性能;单索面斜拉桥采用塔梁墩固结形式能有效提高结构的抗扭性能,顺桥向倒Y型桥塔及双排柔性墩的单索面斜拉桥其顺桥向抗侧刚度及桥塔的侧向刚度均较小,主塔、柔性墩的纵横向振动相当明显。     

采用新型辅助墩的超大跨斜拉桥顺桥向损伤控制新体系研究

以一座试设计斜拉桥为例,采用动力弹塑性时程分析并以Park损伤指数、位移作为评价指标,研究采用辅助墩的斜拉桥顺桥向结构体系的抗震性能,并探讨不同型式桥墩对其抗震性能和损伤控制效果的影响。结果表明:采用新型辅助墩的超大跨斜拉桥顺桥向结构体系具有更好的抗震性能和损伤控制效果,且具有分层耗能机制,即附加的耗能构件可有效减缓辅助墩的地震损伤,辅助墩又可有效减缓主塔的地震损伤;附有剪切连杆的新型桥墩的抗震性能优于传统型桥墩,剪切连杆不仅可提高桥墩的刚度,而且可有效减小其地震损伤,起附加耗能作用。     

联塔分幅斜拉桥抗震性能评价

采用反应谱法对一座四索面联塔分幅斜拉桥进行了抗震性能评价。首先,对比研究了主塔墩底在假定固结和考虑桩土共同工作这两种边界约束处理方式下的动力特性。然后,按照两种超越概率对有桩模型进行了反应谱分析。讨论了两种振型组合方法和三组振型数的情况下结构地震响应的最大值。计算结果表明,桥梁结构的抗震性能满足要求,抗震结构体系采用半飘浮和阻尼器体系是合适的。     

自锚式悬索桥动力特性及地震反应特点

结合一座自锚式悬索桥的工程设计实例,研究了该桥的动力特性及地震反应的特点.采用反应谱和时程法对该桥进行了线性地震反应分析,初步探讨了自锚式悬索桥地震反应的特点.分析了冲刷深度、高阶振型和竖向地震动对该桥抗震性能的影响.结果表明:局部冲刷情况减小了塔底的弯矩响应;高阶振型对自锚式悬索桥的地震反应有一定的影响,特别是对主塔的剪力响应;而竖向地震动对主梁弯矩和主塔的动轴力贡献很大.     

Influence of Stabilizing Cables on Seismic Response of a Multispan Cable-Stayed Bridge

Abstract:   A recent trend in the design of long-span bridges is multispan cable-stayed bridges with three or more towers. A critical problem of multispan cable-stayed bridges is the stabilization of the central tower(s), which has resulted in increasing application of stabilizing cables. The Ting Kau Bridge in Hong Kong is one of a few multispan cable-stayed bridges adopting stabilizing cables ever built. In this article, the dynamic properties of multispan cable-stayed bridges with stabilizing cables and the effect of stabilizing cables on bridge seismic response are studied by referring to the Ting Kau Bridge. Based on a validated 3D finite-element model, modal analysis is conducted which shows that the longitudinal stabilizing cables bring about a number of global modes with strong modal interaction among the deck, towers, and cables. The seismic response and internal force in the central tower are found to be much larger than those in the side towers. The longitudinal stabilizing cables are very effective in reducing the internal force in the central tower generated by longitudinal earthquake excitation, but insignificantly affect the seismic response in the bridge deck and side towers. As a whole, the stabilizing cables act favorably in the reduction of seismic response of the bridge.     

多点激励下桩-土-斜拉桥全模型振动台试验研究

大跨斜拉桥的自振频率和阻尼低以及空间尺度大,其地震响应受桩基础、场地土特性和地震动空间效应的影响较大。然而,由于试验条件和技术所限,目前尚缺乏相关的全模型振动台试验研究。以一座试设计主跨1400m超大跨斜拉桥为原型,设计和制作了一座几何相似比为1/70且包括上部结构、桩基础和场地土等在内的试验模型,通过振动台试验研究了多点激励对桩-土-斜拉桥全模型地震响应的影响及其规律。试验结果表明：纵向多点激励使一侧主塔的纵向位移、一侧主塔和桥墩的纵向桩-土-结构相互作用效果以及主跨一侧竖向位移增大,而另一侧减小;横向多点激励使一侧主塔的横向位移和一侧桥墩的横向桩-土-结构相互作用效果增大,另一侧减小,但使两侧主塔的横向桩-土-结构相互作用效果和主跨两侧横向位移响应均增大;桩-土-结构相互作用对斜拉桥的加速度响应产生不利影响。基于上述结果,大跨斜拉桥的抗震设计或性能评估应考虑多点激励和桩-土-结构相互作用的影响。     

悬索桥易损性分析与简化模型

对中国当前已建和在建的车行悬索桥进行了统计分析,总结其分类特点,得到了统计意义上桥梁主要参数间的关系,并利用线性拟合得到趋势拟合公式。选取3座典型悬索桥（双塔地锚式平行双索面桥、双塔自锚式平行双索面桥、独塔自锚式空间索面桥）建立有限元模型,对影响悬索桥振动的主要参数进行了敏感度分析;利用塔底弯矩曲率曲线确定不同等级的损伤指标,采用增量动力分析(IDA)法得到地震反应需求值,通过计算不同损伤指标的能力需求比,对悬索桥的易损性进行分析。针对震后灾害快速评估的需求,建立单塔简化模型来计算易损性曲线。结果表明:对算例桥梁而言,主塔顺桥向弯曲振动,主塔刚度对自锚式平行索面悬索桥影响大,主缆刚度对地锚式平行索面悬索桥影响大;横桥向主塔刚度对3座桥影响均较大;地锚式悬索桥比自锚式悬索桥易损,而自锚式悬索桥中双塔平行索面桥抗震性能优于独塔空间索面桥;单塔简化模型在一定程度上能够满足震害后快速评估的需求,误差基本在工程上可以接受的范围。     

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。     

Static and seismic studies on steel/concrete hybrid towers for multi-span cable-stayed bridges

A new type of hybrid high tower is proposed and applied to a multi-span cable-stayed bridge. This is basically a sandwich type structure and consists of a steel double box section filled with concrete. The filled concrete increases its strength due to the confined effect and the steel plates increase the resistance against local buckling because the deformation is restricted by the filled concrete. Therefore, this hybrid tower is expected to have high bending and compressive strength, and also a good ductile property. First, static analysis is conducted for different live load intensity and distribution because the multi-span cable-stayed bridge is a new structure and its static behavior is not fully understood. The live loads distributed in alternate spans give larger bending moment of the towers than the live loads distributed in full spans. Towers with three different heights are also studied, showing that the higher tower produces smaller displacements and bending moments. Safety of the tower is checked by the limit states design method. Serviceability is not a major problem for the hybrid tower. Second, seismic analysis is carried out for a multi-span cable-stayed bridge subjected to the medium and ultra-strong seismic waves specified in Japanese Seismic Code for Highway Bridges. Three support conditions of the girder at the tower cross beams are compared: movable, connection with linear springs and bi-linear springs. Bi-linear springs are very effective in reducing the dynamic displacements and bending moments of the towers. Restorability of the composite tower is checked when an ultra-strong seismic wave hits the model bridge. This study shows that a new steel/concrete hybrid tower is feasible for multi-span cable-stayed bridges and most effective for seismic forces when the girder is connected with bi-linear springs.     

半漂浮体系斜拉桥抗震性能及其减震措施研究

本文以某主跨为340m的半漂浮体系双塔斜拉桥为工程背景,基于实测动力特性修正后的斜拉桥非线性有限元模型,分析了工程背景斜拉桥的抗震性能及其减震措施。研究表明:修正后的半漂浮体系双塔斜拉桥有限元模型可以较为准确的模拟工程背景桥的实际状态;在卓越周期较大的Chi-chi地震波作用下,工程背景桥会产生较大的构件内力和梁端纵桥向位移,可能导致桥梁发生损伤。通过粘滞阻尼器参数分析可知,阻尼系数C=20000k N·s/m为该桥的最优阻尼系数,在塔梁连接处安装该纵桥向粘滞阻尼器后,工程背景斜拉桥的构件内力及梁端纵桥向位移明显减小,抗震效果显著。     

结构参数变化对自锚式斜拉-悬吊协作体系桥动力特性的影响

自锚式斜拉-悬吊协作体系桥的动力特性主要包括体系的自振频率和主振型,它是自锚式斜拉-悬吊协作体系桥动力分析的基础和前提。以大连港跨海大桥设计方案为工程背景,通过建立空间有限元模型,给出了前10阶频率和相应的振型,分析了加劲梁刚度、主塔刚度等结构参数变化对自锚式斜拉-悬吊协作体系桥动力特性的影响,对其影响规律进行了讨论。     

双柱墩地震反应的轴力刚度耦合作用

地震作用下钢筋混凝土双柱桥墩产生的动轴力不仅会改变桥墩的屈服强度,而且也会相应地改变桥墩的刚度,但目前广泛使用的集中塑性模型一般并未考虑这种轴力-刚度的耦合作用.以自动计入轴力-强度及轴力-刚度耦合作用的纤维模型分析结果为基准,研究了轴力-刚度耦合作用对钢筋混凝土双柱桥墩地震反应的影响.结果表明,轴力-刚度耦合作用对双柱墩弹性阶段的反应有较大影响,但不改变结构的极限承载力;由于拉压桥墩的刚度互为消长,等高双柱墩的地震位移响应在不计轴力-刚度的耦合作用时与实际情况只略有差异,但墩柱弹性内力响应则会被较大地低估;不等高双柱墩的刚度受较矮侧桥墩控制,因此轴力-刚度的耦合作用对结构的地震位移响应和弹性内力响应都有明显影响,桥梁不规则性越大影响越显著,在进行结构分析时不能忽视这一因素的影响.     

采用振动台阵的超大跨斜拉桥大比例全模型试验研究

强震作用下超大跨斜拉桥的结构响应与其结构体系密切相关,且受基础和场地土特性影响较大,然而目前为止,因试验条件和技术所限,尚缺乏相关的全桥模型振动台试验研究。以一座试设计的主跨1400m超大跨斜拉桥为原型,设计一座几何相似比为1/70、包括桩基础和场地土的全桥模型;采用振动台阵试验技术,研究El Centro波、人工波、Mexico City波等三种典型地震一致激励下不同结构体系的地震响应特性及影响机理,所研究的结构体系包括：纵向半漂浮体系、纵向弹性约束体系、以及本文作者提出的纵向辅助墩耗能体系和横向耗能体系;探讨不同纵向结构体系的抗震性能以及附加在上塔柱间的耗能构件对斜拉桥横向地震响应的控制效果。试验结果表明：土-结构相互作用对上部结构地震响应的影响不可忽视;主塔地震响应受高阶振型的影响明显;在PGA为0.4g以下的El Centro波和人工波、以及PGA为0.2g的Mexico City波作用下,结构响应仍处于弹性状态;纵向弹性约束体系和纵向辅助墩体耗能系可有效减小主塔位移和塔-梁间纵向相对位移响应,其中作者提出的纵向辅助墩耗能体系的抗震性能更好;附加耗能构件可有效降低主塔的弯矩应变响应,实现分散主塔受力和附加耗能作用,但对主塔加速度和位移响应的控制有限。