多点激励下多跨斜拉桥缩尺模型的地震响应研究.部分1:振动台试验（英文）

研究目的:为多塔斜拉桥在一致激励和非一致激励下地震响应的研究提供地震模拟振动台全桥试验方法,并有助于加强多塔斜拉桥抗震性能和抗震设计的认识。创新要点:1.建立了地震模拟振动台多台阵试验方法,并首次将其应用于多塔斜拉桥全桥比例缩尺模型的地震响应分析之中;2.通过地震模拟振动台试验,揭示了多塔斜拉桥在多点一致激励和多点非一致激励的地震响应特性并提出了多塔斜拉桥在强震下的破坏模式。研究方法:1.基于动力相似理论,设计与制作了多塔斜拉桥的全桥比例缩尺模型(图2);2.利用地震模拟振动台多台阵试验,根据在不同地震波作用下和考虑行波效应后多塔斜拉桥模型的主梁和主塔响应,分析了多塔斜拉桥在多点一致激励和多点非一致激励的地震响应特性(图5~图8);3.根据在地震波不同强度作用下多塔斜拉桥模型的主梁和主塔响应,分析了多塔斜拉桥在强震下的破坏模式和地震响应(图9)。重要结论:1.江心波作用下该多塔斜拉桥的地震响应大于其他三种地震波;2.多塔斜拉桥在抗震设计时需要考虑行波效应的影响;3.在El-Centro波的加速度峰值高达4.0 m/s2时,多塔斜拉桥模型出现了支座破坏。     

多点激励下多跨斜拉桥缩尺模型的地震响应研究．部分2：数值分析

研究目的：通过非线性动力有限元分析,模拟多塔斜拉桥在多点激励下的地震响应以及揭爪其在强震下的倒塌破坏模式。创新要点：解决了多塔斜拉桥的非线性动力数值模拟技术,并首次模拟了多塔斜拉桥在强震下的破坏模式。研究方法：首先采用隐式的Newmark-β法求解多点地震激励下的非线性动力方程（图3）,随后采用显式的中心差分格式对强震作用下桥梁的倒塌破坏过程进行数值仿真（图4）。重要结论：1．单主梁模犁的数值结果可以很好地反映地震模拟振动台试验的地震响应结果;2．在加速度峰值为4．0m／s2的E1。Centro波时,多塔斜拉桥模型只出现了中塔支座的破坏;3．在加速度峰值为4．0m／s2的江心波时,多塔斜拉桥模型先后出现了支序破坏、拉索与塔的连接破坏以及中塔上塔柱段的单元失效。     

多点激励下多跨斜拉桥缩尺模型的地震响应研究.部分2:数值分析（英文）

研究目的:通过非线性动力有限元分析,模拟多塔斜拉桥在多点激励下的地震响应以及揭示其在强震下的倒塌破坏模式。创新要点:解决了多塔斜拉桥的非线性动力数值模拟技术,并首次模拟了多塔斜拉桥在强震下的破坏模式。研究方法:首先采用隐式的Newmark-β法求解多点地震激励下的非线性动力方程(图3),随后采用显式的中心差分格式对强震作用下桥梁的倒塌破坏过程进行数值仿真(图4)。重要结论:1.单主梁模型的数值结果可以很好地反映地震模拟振动台试验的地震响应结果;2.在加速度峰值为4.0 m/s2的El-Centro波时,多塔斜拉桥模型只出现了中塔支座的破坏;3.在加速度峰值为4.0 m/s2的江心波时,多塔斜拉桥模型先后出现了支座破坏、拉索与塔的连接破坏以及中塔上塔柱段的单元失效。     

用于振动台试验的钢筋混凝土群桩模型研制及测试

研制了用于振动台试验的钢筋混凝土群桩模型，其既满足Bukingham-π定理，又完成制作了具有一定强度的模型和安装流程。该试验选用适当的材料和工艺方法及1∶100的缩尺模型制作单根模型桩及模型群桩基础，模拟由180根钢筋混凝土桩构成的群桩基础在地震中的力学表现。室内力学试验结果表明：模型桩材料的弹性模量为70 MPa,强度为0.57 MPa,符合预期，模型桩抗折强度为0.22 N·m,满足制作和安装强度要求；地震振动台试验结果表明，在强震作用下，桩身能够产生100με的永久应变。该研究成果对振动台桩基础试验的模型桩制作具有参考价值，对于研究桩基础破坏的缩尺模型制作具有借鉴意义。     

高层框架-剪力墙结构模态特征及地震时程分析

借助ANSYS有限元软件,根据实际工程的相关设计原则,对一座12层高的框架剪力墙结构进行了模态分析,得到了主要频率及相关数值模拟参数。其后,又加载了3种常用的地震波,观察并分析了此结构的地震响应结果。结果显示:框架剪力墙结构,在地震作用下有较好的抗震性能,但底部节点及顶层部分节点在一些波形的激振下,弯矩与轴力急剧增大,容易发生破坏,故设计时要特别予以关注。本研究为以后建立多高层实物模型、运用振动台进行实物与数值模拟对比分析奠定了一定的理论基础。     

强震作用下独塔斜拉桥抗震性能分析

以某跨径为110 m的独塔异形斜拉桥为工程背景,通过非线性有限元分析对斜拉桥在强震作用下的地震响应特性及减震措施进行了研究,得出如下结论:相比Lander-amboy波,卓越周期与桥梁固有周期较为接近的Cerro Prieto波能够引起结构较大的地震响应。行波效应能够显著增大工程背景斜拉桥的地震响应,且随着视波速的增大,桥梁的加速度响应明显增大。阻尼系数25 000 kN·s/m为工程背景斜拉桥的最优粘滞阻尼器设计参数,且在塔梁连接处安装该参数粘滞阻尼器后,斜拉桥减震效果显著,尤其能明显减小结构的位移响应。     

双薄壁高墩曲线连续刚构桥地震时程响应分析

采用有限元软件对某高墩大跨径预应力混凝土曲线连续刚构桥进行建模,并对该桥地震时程响应进行分析,研究了在不同地震波下的内力和变形影响。计算结果表明,两种地震波一致激励产生的内力分布规律和最大内力、最大位移位置基本一致;在进行桥梁地震设计时,需进行不同地震波下的桥梁抗震时程响应分析,同时应考虑地震反应持续时间的影响。     

双塔单索面人行钢斜拉桥的设计与受力分析

以某双塔单索面人行钢斜拉桥为对象,采用Midas Civil建立全桥空间杆系有限元模型,进行恒载、活载和承载能力极限状态作用下结构受力性能分析,同时开展该桥的动力特性分析。研究表明:对于该异形斜拉桥,活载引起的主梁和主塔弯矩效应较恒载作用下的结果更加显著;承载能力极限状态作用下,该桥主梁、主塔、斜拉索等主要承重构件的最大应力均小于材料容许应力,满足规范要求;动力特性分析结果表明主梁面内刚度和主塔面外刚度较小,此外遮阳棚的局部振动在高阶振型中所占比例较大,在地震作用下可能发生破坏;该桥的一阶竖向自振频率为1.92 Hz,不满足现行规范要求,建议采取有效的减振措施来控制人致振动响应。     

塔式起重机的动力特性及地震响应分析

为了分析塔式起重机的动力特性及在不同水平下的地震响应,首先借助ANSYS有限元分析软件,对塔式起重机进行模态分析;其次对塔式起重机的有限元模型分别输入EI Centro、Taft及汶川什邡八角站三种激励地震波,分析塔身和水平横梁节点地震响应,最后讨论塔式起重机的抗震设计要点及隔震措施。结果表明：塔式起重机的塔臂疲劳主要由地震反应谱中的窄带过程控制,反之,塔臂的折断破坏是由宽带过程起主要作用。     

岩体地震破坏机理及地球物理特性变异探讨

对强地震多发区黄河黑山峡下游段岩体破坏特征进行了分析,研究表明,地震作用下裂隙的生成与地震波的传播具有同时性、继承性和纵横渡在岩体破坏中的拉张和剪切共同作用的双重性等特点.对岩体地震破坏机理及岩体地震破坏模型进行了初步探讨.同时对地震破坏后岩体地球物理特性的变化进行了研究,发现研究区大范围地球物理参数明显变异,说明强震对坚硬的岩体同样具有严重的破坏性.     

Semi-active control of a cable-stayed bridge under multiple-support excitations

This paper presents a semi-active strategy for seismic protection of a benchmark cable-stayed bridge with consideration of multiple-support excitations. In this control strategy, Magnetorheological (MR) dampers are proposed as control devices, a LQG-clipped-optimal control algorithm is employed. An active control strategy, shown in previous researches to perform well at controlling the benchmark bridge when uniform earthquake motion was assumed, is also used in this study to control this benchmark bridge with consideration of multiple-support excitations. The performance of active control system is compared to that of the presented semi-active control strategy. Because the MR fluid damper is a controllable energy- dissipation device that cannot add mechanical energy to the structural system, the proposed control strategy is fail-safe in that bounded-input, bounded-output stability of the controlled structure is guaranteed. The numerical results demonstrated that the performance of the presented control design is nearly the same as that of the active control system; and that the MR dampers can effectively be used to control seismically excited cable-stayed bridges with multiple-support excitations.     

Semi-active control of a cable-stayed bridge under multiple-support excitations

INTRODUCTIONAlthoughmanyeffortsweremadeoverthepastdecadestounderstandthedynamicbehaviorofcable-stayedbridges(WilsonandGravelle,1991),verylittlehasbeenreportedintheliteratureabouttheirseismicresponse-controlanalysis.Eveninthosestudiesreported,onlyuniformearthquakemotionwasassumedalongtheentirebridge(NiandSpencer,2000;Jungetal.,2001;Yozo,2002).Thisassumption,however,maybeunrealisticforlongspanbridgessincethedifferencesingroundmotionamongdifferentsupportsduetotravelingseismicwavesmayresult…     

高墩连续刚构桥梁地震反应分析

在通用有限元程序MSC.MARC中加入基于纤维模型编制的THUFIBER程序和三维实体单元模型分别模拟钢筋混凝土桥墩和桥梁上部结构,建立了高墩大跨连续刚构桥的有限元模型。采用汶川地震记录,针对四川境内某一实际桥梁,分析了行波效应对其地震反应的影响。结果表明:波速较小时,行波效应对墩顶的位移有利。墩底是地震分析时的危险截面,行波效应对结构反应较为复杂,在某些截面上可能加大,也可能降低,在抗震设计时,应考虑行波效应的影响。     

Seismic response analysis of long-span suspen-dome under multi-support excitations

A practical suspen-dome project, Changzhou Gym roof, is adopted as an example and its transient analysis based on the multi-support excitations of the earthquake wave is carried out. Compared with the single support excitation, the position and value of the maximum stress under multi-support excitations both change and the amount of elements with obvious changes is large and more than 70% of the total. Moreover, when other terms are not changed, this influence will decrease as the span decreases, but increa...     

Response of a transmission tower-line system at a canyon site to spatially varying ground motions

Collapses of transmission towers were often observed in previous large earthquakes such as the Chi-Chi earthquake in Taiwan and Wenchuan earthquake in Sichuan, China. These collapses were partially caused by the pulling forces from the transmission lines generated from out-of-phase responses of the adjacent towers owing to spatially varying earthquake ground motions. In this paper, a 3D finite element model of the transmission tower-line system is established considering the geometric nonlinearity of transmission lines. The nonlinear responses of the structural system at a canyon site are analyzed subjected to spatially varying ground motions. The spatial variations of ground motion associated with the wave passage, coherency loss, and local site effects are given. The spatially varying ground motions are simulated stochastically based on an empirical coherency loss function and a filtered Tajimi-Kanai power spectral density function. The site effect is considered by a transfer function derived from 1D wave propagation theory. Compared with structural responses calculated using the uniform ground motion and delayed excitations, numerical results indicate that seismic responses of transmission towers and power lines are amplified when considering spatially varying ground motions including site effects. Each factor of ground motion spatial variations has a significant effect on the seismic response of the structure, especially for the local site effect. Therefore, neglecting the earthquake ground motion spatial variations may lead to a substantial underestimation of the response of transmission tower-line system during strong earthquakes. Each effect of ground motion spatial variations should be incorporated in seismic analysis of the structural system.     

斜拉桥索梁锚固区足尺疲劳试验研究

斜拉桥索梁锚固区焊接集中,受力复杂,特别是在运营阶段循环应力作用下的疲劳性能值得关注。本文根据国内某大型斜拉桥中索梁锚固区构造,制作1∶1的索梁锚固区试验模型,进行静力与疲劳试验。根据试验实测数据,研究锚固区关键部位的静力及疲劳受力性能,从而对实桥索梁锚固区结构的可靠性做出评价。     

索承桥的受力特性及结构特点

从结构构造和力学特点两个方面进行对比分析,得出斜拉桥随着跨径的增加,拉索与主梁的夹角逐渐变小,竖向有效分力也随着变小,因此,斜拉桥的跨越能力会受到限制,推导了最佳的高跨比范围;悬索桥吊杆与加劲梁是垂直或斜向交叉,不会随着跨径加大而受影响,悬索桥比斜拉桥的跨越能力更大.     

典型矮塔斜拉桥地震风险概率评估方法研究

鉴于矮塔斜拉桥受力性能的特殊性,引入增量动力分析（IDA）和拉丁超立方体抽样（LHS）评估该结构在地震激励下发生损伤的风险概率。首先采用LHS考虑桥梁构件材料的随机性,与事先选取的地震波相结合形成桥梁-地震动样本集合;其次在确定桥梁有限元模型主要构件损伤指标的基础上采用基于蒙特卡罗（MC）抽样的IDA进行地震易损性分析和地震风险概率评估。为验证方法的正确性和有效性,对一预应力混凝土独塔双索面矮塔斜拉桥结构模型进行地震风险概率评估,结果表明:该方法既充分考虑了材料和地震输入双重随机性又避免了繁琐的积分过程,同时也提高了工程计算的效率及精度。