软土地区高墩梁桥抗震支座选型及横向约束构造研究∗

为了研究软土地区地震作用下高墩先简支后桥面连续梁桥的支座选型及横桥向抗震约束问题,选取了普通板式橡胶支座、钢阻尼滑板支座、LNR 橡胶支座和 HDR 高阻尼支座四种支座类型,以软土地区某(4×30)m 跨径高墩先简支后桥面连续梁桥为例,进行了延性抗震体系和减隔震体系抗震设计对比以及设置挡块的横桥向抗震约束效果研究。结果表明：软土地区高墩先简支后桥面连续梁桥墩柱配筋率主要由 E1 地震作用下墩底截面偏心受压检算工况决定,采用减隔震体系并不能降低桥墩配筋率。通过对采用四种不同支座桥梁的内力、墩梁相对位移以及配筋率方面综合分析可知,软土地区高墩先简支后桥面连续梁桥的周期较长,这类桥梁抗震关键问题是防止落梁、减小墩顶位移。采用普通板式橡胶支座并合理的设计纵横向防落梁装置的延性抗震体系更适宜于软土地区高墩梁式桥,合理设计抗震挡块可以起到很好的横向约束作用,避免横向落梁的发生。     

桩‑土相互作用下的桥梁高墩地震易损性复合参数分析∗

为更准确地预估桥梁高墩在地震作用下的损伤情况以及桩?土相互作用对高墩地震易损性的影响,以考虑高阶振型贡献的复合参数作为地震动强度参数,以综合位移延性比和弹塑性耗能差率的复合指标作为高墩的损伤指标,建立了墩柱、承台及桩?土结构体系模型,基于增量动力分析方法对上述体系进行非线性动力时程分析,绘制基于复合指标的桩?土相互作用下的桥梁高墩地震易损性曲线。结果表明：以所选复合参数作为指标进行地震易损性分析,可有效评估高墩抗震性能和损伤状态;考虑桩?土相互作用可更准确捕捉地震作用下结构损伤概率变化情况; 桩?土相互作用对较强地震动作用更为敏感。可为较高烈度地区的高墩桥梁抗震设计施工提供参考。     

不同减隔震支座组合对连续梁桥抗震性能影响分析

针对连续梁桥设置了不同组合的减隔震支座,采用动力时程分析方法探讨桥梁结构的抗震性能,对比分析了不同支座的减隔震效果。研究发现采用板式橡胶支座组合时,桥梁结构的各项地震响应均相对较大,支座承受的水平剪力相对较小;采用高阻尼橡胶支座组合时,支座的滞回耗能使地震作用下的主梁位移以及桥墩墩底弯矩、剪力、墩顶位移均有所减小,桥梁结构的抗震性能相对较好。减隔震设计能在一定程度上减小地震引起的桥梁结构损伤。     

高烈度地震区大跨长联连续梁桥抗震分析及性能评价

以某高速公路上一座跨度为(55+4×90+55)m典型长联连续梁桥为工程背景,采用有限元软件建立其动力分析模型,分析了该桥的动力特性。在100 a超越概率63%和50 a超越概率2.5%两种地震水平作用下,采用反应谱法和时程分析法对桥梁结构进行了地震响应分析,并结合桥墩验算截面的弯矩一曲率关系曲线,评估了该桥的抗震性能。分析结果表明,在E1、E2两种概率地震作用下,桥梁结构处于弹性工作状态,满足下部结构弹性设计的设防目标。研究结果可以指导同类桥梁的抗震设计。     

动水压力和PSI对深水高墩桥梁抗震性能的影响∗

以我国西部地区某库区一深水高墩大跨连续刚构桥梁为工程背景,考虑动水压力、桩-土相互作用以及二者联合作用的影响,确定了六类不同的分析工况,利用OpenSEES源代码分析平台分别建立有限元模型,通过输入两组空间地震波进行非线性时程分析,讨论了动水压力和桩-土相互作用对深水高墩大跨桥梁动力特性和抗震性能的影响。研究结果表明,考虑动水压力和桩-土相互作用会降低高墩大跨桥梁的振动频率,且二者的影响主要体现在下部结构振型参与率较高的高阶模态;动水压力效应会增加高墩在地震作用下的动力响应,但桩-土相互作用对非线性分析结果的影响没有明显的规律;同时考虑动水压力和桩-土相互作用时,深水高墩桥梁的地震响应并不是简单的相互促进或相互抵消,而与地震动的大小、频谱特性等相关;强地震作用下桥梁结构的桩顶水平位移较大时,抗震设计中更适合采用"p—y曲线"法模拟桩-土相互作用效应。     

新型可恢复功能组合柱设计及其抗震性能研究

为实现框架结构震后性能的快速恢复，提出了一种有良好自复位能力且易于修复的新型可恢复功能组合柱。考虑钢绞线滑移及无粘结钢绞线的受力特征，采用OpenSees对柱抗震性能进行验证及参数分析。对不同设防烈度普通钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)框架、钢绞线混凝土框架及应用可恢复柱的可恢复框架进行静力推覆及地震荷载下的残余位移及最大位移响应分析，得出各框架层间最大位移与残余位移的关系，并对比分析各框架在不同地震强度下的可恢复性能。结果表明：钢绞线配置率对可恢复柱的抗震性能有重要影响；7度设防RC框架应用可恢复柱后，底层梁柱塑性铰发展大幅减轻，延迟了框架的破坏，且其承载能力与自复位能力均高于8度设防RC框架；在地震作用下可恢复框架的失效概率最低，可恢复性最高，且地震作用越大，其相对于普通RC框架可恢复性的提升越为明显。     

钢筋混凝土箱型高墩双向拟静力试验研究

随着高墩大跨桥梁的广泛应用,其抗震问题也越来越突出。本文主要考虑轴压比、长细比的影响,进行了6个钢筋混凝土薄壁箱型高墩缩尺模型的双向拟静力试验,以及反复荷载作用下的非线性分析。研究表明:①钢筋混凝土薄壁箱型高墩柱在多维荷载共同作用下,主要发生典型的弯曲破坏,但剪切作用也不容忽视;②墩柱的破坏受到不同方向耦合作用的显著影响,尤其是抗弯刚度小的一侧受到的影响更大,较早就出现开裂,提前进入塑性发展阶段;③非线性有限元计算的滞回曲线、骨架曲线等与试验结果基本吻合;④建立了考虑轴压比、长细比影响的钢筋混凝土薄壁箱型高墩的双向荷载—位移恢复力模型,该模型基本能够反映钢筋混凝土薄壁箱型高墩的抗震性能,可供钢筋混凝土箱型高墩柱及高墩桥梁结构的抗震设计和动力计算参考。     

耐震时程法在高墩刚构桥抗震分析中的应用

耐震时程法是一种新的基于时域的动力弹塑性抗震分析方法,与其他抗震方法相比,耐震时程法在大型复杂结构非线性分析时极具优势。以一座典型高墩刚构桥为例,介绍了耐震时程法的概念、基于桥梁抗震规范反应谱的耐震时程波生成方法及其在桥梁抗震分析中的应用,并且提出了符合高墩桥梁实际的计算Park-Ang损伤指数加权系数的方法。结果表明:耐震时程法预测柔性桥梁结构地震响应是合理的,宏观上表现为传统非线性分析响应的均值;耐震时程法分析时输入结构的能量与中等持时的天然波能量相比偏大,评估桥梁地震损伤时较为保守;耐震时程法用于设计初期桥梁方案比选时,只需1次非线性分析即可高效评估不同桥型抗震性能。     

截面角部集中配筋RC柱抗震性能试验研究

地震动的随机性使地震时地面的水平运动可以来自任一方向,因此房屋的钢筋混凝土柱有可能在随机地震动下斜向受力而发生破坏。提出了将柱纵向钢筋向截面角部集中的方法以改善RC柱在斜向地震作用下的抗震性能,并通过低周往复试验进行了验证。结果表明:截面角部集中配筋柱在斜向地震作用下的抗震性能得到大幅度的提高。     

宿迁市教育大厦消能减震设计研究

对地处地震高烈度区的宿迁市教育大厦进行了消能减震设计。采用消能减震支撑框架结构体系代替传统的框架—抗震墙结构体系,进行了结构非线性时程分析,对消能装置的数量及布置进行了优化。分析结果表明,消能减震支撑框架结构在多遇地震作用下的层间位移能满足《建筑抗震设计规范》要求,在罕遇地震作用下具有更高的安全储备,表现出良好的抗震性能,可为高烈度区类似结构的设计提供借鉴。     

钢管混凝土桥墩抗震性能试验研究

为研究钢管混凝土桥墩的抗震性能,对钢管混凝土桥墩和钢筋混凝土桥墩进行了拟静力对比试验研究。根据试件的破坏发展过程以及各试件的滞回曲线和骨架曲线,分析了其滞回性能、耗能能力、延性、强度退化及刚度退化等抗震性能。试验结果表明,钢管混凝土桥墩的抗震性能明显好于钢筋混凝土桥墩。在含钢率和轴力相同的情况下,钢管混凝土桥墩的滞回曲线比钢筋混凝土桥墩丰满得多,前者的耗能能力约为后者的4.46倍,钢管混凝土桥墩的延性大于钢筋混凝土桥墩;随着轴压比的增大,钢管混凝土桥墩延性有所下降,强度退化加快,但对其刚度退化的影响不大。     

内置钢骨形式对混凝土桥墩撞击性能影响研究

为研究内置钢骨形式对混凝土桥墩撞击性能的影响,进行了内置角钢、槽钢、钢管3种钢骨形式的混凝土桥墩模型水平撞击试验,得到撞击力时程曲线、位移时程曲线、钢材和混凝土的应变时程曲线。对内置不同钢骨形式的桥墩模型受撞各阶段的力学性能进行了对比分析,并运用力学方法计算了钢骨形式对混凝土桥墩撞击性能的影响。研究结果表明:钢骨形式对混凝土桥墩的撞击性能有一定影响;在相同撞击能量下,内置钢管混凝土桥墩的侧向变形较内置槽钢和内置角钢混凝土桥墩的侧向变形小;内置槽钢和钢管对墩底混凝土压应变增长有较大的抑制作用;内置钢管混凝土桥墩的破坏斜裂缝条数多且分布较宽,延性较好,抗撞击承载力较高。对桥墩底部斜裂缝区的混凝土主压应力和应变计算分析表明,不同钢骨形式改变了桥墩截面几何特性参数,影响了混凝土主压应力值;在相同配钢率情况下,内置钢管混凝土桥墩的墩底混凝土主压应力比内置角钢混凝土桥墩的墩底主压应力减小了24.54%;内置钢管混凝土桥墩的应变放大系数比内置角钢混凝土桥墩放大系数小。试验和计算分析均证实了内置钢管的混凝土桥墩具有较好的抗撞击性能。     

考虑流固耦合的桥墩地震反应方法

跨海桥梁地震反应中,作用于桥墩上的动水压力具有明显的流固耦合特征。依据张量理论,推导时变区域散度变换关系及微分形式的几何守恒律;基于任意拉格朗日-欧拉描述,从采用欧拉描述的流体运动Navier-Stokes方程出发,推导时变区域的流体运动控制方程;给出流固耦合问题中的结构计算模型、耦合面接触条件、耦合场计算方法以及流场网格运动控制方法。以某跨海大桥为例说明桥墩地震反应方法,重点突出地震动输入、流场初始条件模拟等问题。计算结果表明:流固耦合理论能够模拟桥梁墩台地震反应中的流场和结构特性;流场初始条件的正确模拟可保证计算稳定性,并减少运算量;横向地震动激励下,桥墩基底剪力较大,纵向地震动激励下,结构运动剧烈;流固耦合系统中的线弹性结构在地震反应中具有明显的非线性特征。     

FRP约束钢筋混凝土柱中钢筋屈曲行为研究

通过FRP约束钢筋混凝土柱的单向和往复轴压试验,研究了外包FRP的断裂应变、刚度、以及加载方式对钢筋屈曲性能的影响。采用了两种不同的纤维材料:CFRP和PET FRP,二者具有不同的断裂应变(CFRP1.5%;PET FRP5%)。在试验分析的基础上,发展了考虑FRP侧向约束作用的弹性地基梁模型,该模型能够较好地分析FRP约束钢筋混凝土柱中钢筋屈曲行为。基于弹性地基梁模型和试验数据,提出了考虑FRP侧向约束作用的钢筋屈曲经验模型。并将该模型通过二次开发的方法写入OpenSees数值分析平台,对FRP约束RC柱的往复轴压行为进行数值分析,分析结果与试验结果吻合较好。研究成果可为精确分析FRP约束钢筋混凝土结构的抗震性能提供有力的工具。     

大跨度斜拉拱桥地震响应分析

以湘潭市在建的一种新颖钢管混凝土拱桥——斜拉钢管混凝土拱组合桥梁为研究对象,通过大型有限元软件建立空间结构有限元模型,利用子空间迭代法对其进行了模态求解,得到并分析了结构的动力特性。在此基础上分别运用反应谱法和时程反应法分析了该桥的纵向、横向和竖向地震响应,采用了5条实际记录地震波,讨论其主要结构形式、不同的地震波、各种场地以及各参数对地震反应的影响和规律。研究结果表明,大跨度斜拉钢管混凝土拱桥横向稳定性突出,整体抗震性能较好,这为大跨度斜拉拱桥的抗震设计和研究提供了理论依据。     

考虑流固强耦合效应的深水桥墩地震反应分析

基于任意拉格朗日-欧拉(Aribitrary Lagrange-Euler,ALE)描述的Navier-Stokes方程,建立了考虑流固强耦合效应(Fluid-structure interaction,FSI)的深水桥墩地震反应分析整体有限元模型,分析了流固强耦合效应对桥墩墩身相对位移、剪力和弯矩反应的影响,讨论了不同水位下的流固耦合效应及其影响。算例结果表明:流固强耦合效应将使墩身位移和内力反应明显增大,增大幅度与输入地震波的频谱特性存在相关性;输入地震波的位移峰值越大,流固耦合效应对位移反应的影响越大,对内力反应的影响越小;水位对深水桥墩内力反应的影响较对位移的影响显著。     

近场脉冲地震下考虑模型不确定性的桥梁时变抗震分析

为了研究近场脉冲地震下桥梁结构的时变抗震性能,以一座常规连续梁桥为研究对象,引入氯离子侵蚀模型,在考虑多种不确定性因素基础上,采用拉丁超立方抽样建立不同服役时期的时变模型样本,运用增量动力分析方法,从能力、需求以及倒塌等方面对算例桥梁的时变抗震性能进行了研究和评价。结果表明:近场脉冲型地震下结构的抗震需求明显大于远场地震;氯离子侵蚀导致钢筋锈蚀后力学性能发生改变,箍筋对核心混凝土约束能力减弱,锈蚀纵筋屈服强度及极限拉应变都降低,导致桥墩的变形能力下降;与地面运动的不确定性相比,模型参数的不确定性对结构的抗震需求均值及离散性影响均不大;随着服役时间延长,钢筋锈蚀加剧,桥墩出现倒塌破坏的概率加大。     

茅草街大桥主桥的地震反应分析

以湖南茅草街大桥为研究对象,采用大型有限元分析软件ANSYS建立了该钢管混凝土系杆拱桥的三维有限元模型并对其进行模态分析,在此基础上运用反应谱法计算了该桥的纵向、横向和竖向地震响应,探讨了主要结构参数对中承式钢管混凝土系杆拱桥地震响应的影响,可为大跨钢管混凝土拱桥的抗震设计提供理论参考。     

自锚式悬索桥横向粘滞阻尼参数的理论确定方法

某自锚式钢桁架悬索桥结构主跨408m,采用双层桥面,两根主缆为空间线形布置。根据自锚式悬索桥独特的动力特性,提出了在该悬索桥主梁与过渡墩、辅助墩之间沿横向设置粘滞阻尼器的消能减震设计方案,以控制悬索桥的横向地震反应。在粘滞阻尼器参数确定时,提出了速度指数确定的基本原则,并且根据虚功原理列出了主梁的横向振动方程,进而得出最优阻尼系数的确定方法;另外,将粘滞阻尼器与弹簧并联进行减震设计,可增加结构的早期刚度,并能获得较好的减震效果,可供工程实践参考。