海蚀环境下考虑摩擦滑移的桥梁板式橡胶支座老化剪切性能研究∗

板式橡胶支座作为海蚀环境中桥梁结构体系中的重要支撑构件,其摩擦滑移与橡胶老化会影响桥梁结构整体的抗震性能。为了探究海蚀环境下考虑摩擦滑移的桥梁板式橡胶支座老化剪切性能,开展了板式橡胶支座的摩擦滑移试验,并采用有限元方法,分析了橡胶老化对各形状系数的板式橡胶支座的剪切性能和摩擦滑移的影响。 结果表明：①支座的摩擦滑移起始位移随着老化时间的增长和形状系数的增大而不断变大;②随着老化时间的增加,支座通过摩擦滑移消耗的能量也会逐渐增多;③支座的等效黏滞阻尼比随着老化时间和形状系数的增加而变大。海蚀环境会加速板式橡胶支座的老化并影响其剪切性能,因此在海蚀较为严重的地区进行桥梁抗震设计时应考虑支座摩擦滑移及老化对桥梁地震动力响应的影响。     

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。     

2022年青海门源地震中香卡特大桥震害机理分析

2022年1月8日青海门源发生了M_s6.9级地震，导致Ⅸ度区的硫磺沟大桥和大梁隧道、祁连山隧道出现严重震害，Ⅵ度区内除了克大高速公路上香卡特大桥发生桥墩挡块开裂、支座移位、横隔板开裂的震害外，其余桥梁几乎没有出现明显震害现象，其中原因值得深入研究。香卡特大桥位于冷龙岭断裂南侧约20 km,是一座16联预应力钢筋混凝土T形特大曲线梁桥。该桥包含简支段、连续段和刚构段，墩梁连接形式多样，且桥墩有墩柱式和壁式2种形式。文中通过有限元分析软件Midas/Civil建立香卡特大桥(右线)模型，利用间隙单元模拟伸缩缝主梁间、挡块与主梁的碰撞效应，通过输入实测和模拟的2组地震动，进行地震反应分析，讨论分析香卡特大桥在此次地震中的震害机理。从得到的结果可以看出：该桥的震害是因为在顺桥向上主梁过大位移导致横隔梁与顺桥向挡块的碰撞，使横隔梁混凝土开裂；在横桥向上，挡块受到主梁碰撞出现破坏的同时致使支座滑动移位，且不同的下部结构形式以及上下部间不同的连接方式使得桥梁在地震作用下表现出了不同的受力特点及震害特征。     

限位墩对不等高桥墩连续梁桥地震响应的影响

多次地震灾害调查显示,在纵桥向地震作用下,梁桥往往会发生伸缩缝的破坏、主梁的碰撞、主梁的落梁以及由主梁落梁碰撞墩柱而导致的整体性垮塌,其中主梁的落梁在地震灾害统计中占据了相当大的比例。以西部山区具有不等高桥墩的典型梁桥为研究对象,在桥梁的关键部位设置限位墩,通过有限元分析手段对桥梁的整体抗纵向地震性能进行了研究。结果表明:在连续梁桥中设置限位墩,虽然在一定程度上增大了主梁之间的碰撞,但是能够有效地减小墩梁相对位移和普通墩的墩底最大弯矩,并且在普通连续梁桥中,墩梁相对位移是随着墩高的增大而增大的,因此,应该尽可能地把限位墩设置在墩高较高的地方。同时,如果桥梁较长需要设置多个限位墩的时候,限位墩之间的间距则需要加以考虑。     

非规则多跨简支梁桥纵向地震反应及参数影响分析

考虑支座非线性和桥墩弹塑性的影响,建立了不等墩高5跨非规则简支梁桥的有限元模型。采用非线性时程分析方法计算了不同地震波输入下多跨简支梁桥的纵向地震反应,研究了非规则多跨简支梁桥邻跨刚度比及上部结构间相互碰撞效应对桥梁纵向地震位移反应和内力反应的影响规律。研究表明,邻跨刚度比对非规则多跨简支梁桥的桥墩剪力、墩底弯矩、墩顶位移、梁体位移、墩梁间相对位移及主梁间相对位移有着显著的影响,并且邻跨刚度相差越大,影响越为显著,更容易使上部梁体发生落梁破坏;考虑桥梁上部结构碰撞效应时,邻跨比对桥梁结构反应的影响受地震波的影响较大,碰撞未必加剧落梁破坏。     

考虑钢筋腐蚀的近海隔震桥梁地震易损性分析

基于氯离子腐蚀作用模型,对混凝土中钢筋锈蚀机理及过程开展了研究,进而建立了钢筋直径及屈服强度的退化模型。为了研究氯离子侵蚀对隔震桥梁抗震性能的影响,选取我国某一长期处于海洋潮汐环境中受氯离子腐蚀影响显著的近海隔震桥梁为算例,基于Open Sees平台分别建立了不考虑和考虑钢筋腐蚀的全桥有限元模型,然后选取15条合适的地震波进行了IDA分析,并根据构件需求能力比建立了板式橡胶支座和桥墩在不同破坏状态下的易损性曲线,最终基于概率论知识完成了全桥的系统易损性曲线。计算结果表明:对于隔震桥梁而言,板式橡胶支座比桥墩更容易发生破坏;全桥系统比任何单一构件都更容易发生破坏,采用全桥易损性曲线评价桥梁的抗震性能更加合理;考虑钢筋腐蚀后,全桥地震易损性增强,说明在氯离子侵蚀环境下,钢筋的腐蚀问题不可忽略。     

基于Monte Carlo抽样的近海隔震桥梁地震易损性分析

通过选取我国近海某一隔震桥梁为算例,引入氯离子侵蚀的影响,考虑桥台、板式橡胶支座、桥墩等构件损伤,提出了考虑各构件地震需求相关的全桥系统易损性计算方法。首先对混凝土结构中钢筋锈蚀机理及过程展开了研宄,建立了钢筋屈服强度及直径的退化公式;其次考虑了地震动和结构的不确定性,最终分别基于一阶可靠度理论和Monte Carlo抽样形成了全桥的系统易损性曲线。计算结果表明:对于隔震桥梁而言,板式橡胶支座最容易发生损伤破坏;全桥系统比任何单一构件都更容易发生破坏,采用全桥易损性曲线评价桥梁的抗震性能更加合理;基于Monte Carlo抽样考虑各构件地震需求相关得到的全桥系统真实易损性曲线才能真正反映结构体系的实际抗震性能。     

近断层地震动下预制拼装桥墩桥梁结构碰撞响应分析∗

为研究近断层地震下预制拼装桥墩桥梁结构的碰撞响应及影响碰撞的参数,基于 OpenSees 有限元分析软件,建立一座五跨预制拼装桥墩桥梁分析模型,选取 8 组近断层脉冲型地震动对桥梁进行非线性动力时程分析;探究了碰撞效应对桥梁地震响应的影响及节段数目、节段长度、初始预应力、接缝刚度等参数对桥梁碰撞效应的影响。结果表明：桥梁碰撞效应可以减小桥梁震时最大位移和震后残余位移,碰撞效应可以减小下部预制拼装桥墩地震中预应力筋的最大预应力、接缝最大竖向压力,但不能改变接缝水平剪力的大小;碰撞主要发生于桥梁中部伸缩缝处,中部伸缩缝碰撞力和碰撞次数均明显大于两侧边伸缩缝;增加预制拼装桥墩的节段数目可以减小桥梁的震时最大位移,但会增大桥梁的碰撞力和碰撞次数,其中 6 个节段时主梁中缝、左边缝和右边缝最大碰撞力比 3 个节段时分别增大约 38.8%、36.5% 和 33.3%;初始预应力的大小对桥梁碰撞效应影响较小;引入的系数 δ 可以有效控制桥墩干接缝的刚度,δ 增大时桥墩接缝刚度增大,接缝张开量减小,桥墩接缝耗能能力增强,桥梁碰撞力减小。     

梁桥高阻尼橡胶支座的减隔震效果与优化配置研究

高阻尼橡胶支座(HDR支座)以其无污染、高阻尼比的优点在桥梁结构抗震设计中应用越来越广,其在地震履历中表现出了优良的减隔震性能。为了得到HDR支座在梁式桥中的优化配置方案,以连续梁桥为实例,结合超越概率水平为63%、10%、2%的地震波对结构进行动力时程分析,对板式橡胶支座及不同组合高阻尼橡胶支座的隔震效果进行研究。分析结果表明,高阻尼橡胶支座比板式橡胶支座的隔震效果更好;过渡墩处采用滑动支座会削弱过渡墩的地震分担比,而滑动支座的位移量远超过连续墩处,使得全桥各墩的荷载分配不均。全桥均采用HDR支座时过渡墩及连续墩的荷载分担比相对合理,且高阻尼橡胶支座能够在地震中发挥较好的减震耗能作用。     

弯曲破坏型钢筋混凝土桥墩地震变形成分及影响因素

钢筋混凝土桥墩拟静力试验表明,弯曲破坏型桥墩墩顶位移主要由弯曲变形、滑移变形成分构成。为进一步探讨地震荷载作用下弯曲破坏型桥墩地震变形成分及其影响因素,首先基于Lehman以及李贵乾的桥墩试件拟静力试验,利用OpenSees平台采用纤维梁柱单元模型附加零长度截面单元对试验滞回曲线和墩顶变形成分进行数值模拟;其次建立原型桥墩数值模型,考虑近断层和远断层地震动进行了非线性动力时程分析,探讨了最大侧移角、位移延性系数等结构反应参数,以及剪跨比、纵筋配筋率等构件特征参数对桥墩地震变形成分的影响。结果表明,墩顶总位移中纵筋粘结滑移成分随最大侧移角和位移延性的增大而增大,随剪跨比和纵筋配筋率的增大而减小。考虑纵筋粘结滑移的数值模型与仅考虑弯曲变形纤维梁柱单元模型相比,将增大桥墩的地震位移反应。     

板式支座与铅芯支座连续梁桥振动台试验对比分析

通过对分别采用板式支座和铅芯支座的2座3跨连续梁桥模型进行振动台试验,对比分析了这2类桥梁的动力特性、破坏过程及2种支座对连续梁桥地震反应的影响。研究结果表明:地震波特性对桥梁结构的地震反应有较大影响,在对桥梁结构进行抗震设计时,需选择合理的地震动输入;在地震强度较小时,板式支座的滑动能够起到一定的隔震效果,铅芯支座的隔震性能能得到较好的发挥;在地震强度较大时,铅芯支座的隔震性能不能得到很好的发挥,采用铅芯支座的桥梁地震反应不一定小于普通桥梁;通过合理的设计,2类桥梁都完全可以实现大震不倒的设防目标。     

基于IDA钢管混凝土桁架连续曲线桥抗震易损性分析

以一座最大墩高50m曲线钢管混凝土空间组合桁架连续梁桥为工程背景,采用OpenSees建立其弹塑性三维有限元动力分析模型,从PEER地震数据库中选取10条地震动记录对其进行增量动力分析。以典型墩最不利截面材料损伤应变所对应截面曲率为损伤指标,利用能力需求比对数函数进行回归分析,计算不同构件在不同损伤状态下的破坏概率,建立墩柱易损性曲线和支座易损性曲线。基于联合失效概率分析方法,形成了桥梁系统易损性曲线。同时建立多个对比模型,分析墩跨比和曲线半径对桥梁易损性影响。结果表明:钢管格构桥墩高度差异不大时,和钢筋混凝土桥墩相邻的首个钢管格构桥墩震动响应较大;本桥墩和梁之间大量使用橡胶支座从而形成弹性连接和铰接的减震措施,可有效降低桥梁完全破坏概率;墩跨比增大将导致桥梁系统完全破坏损伤概率随之增大;随着曲线半径增大,损伤概率逐渐增大,曲线桥本身拱结构对顺桥向地震有一定抵抗作用。     

大跨径预应力混凝土连续梁桥地震反应分析

大跨连续梁桥纵向延伸较长,地震发生时各个支承处的地震波的振幅和频率是不同的.以某12跨预应力混凝土连续梁桥为例,推导了结构的运动方程,采用有限元结构分析软件ANSYS建立了该桥的动力分析模型,进行了模态分析和时程分析.通过输入不同波速的地震波,计算行波激励下桥梁的地震反应,并和一致激励下的结果进行对比,分析了行波效应对桥梁地震反应的影响.结果表明:滑动支座摩擦力减小了桥梁纵向的地震反应,但对桥梁横向地震反应影响较小.行波效应减小了制动墩的纵向地震反应,增大了其它桥墩的纵向地震反应,但对桥梁横向地震反应影响较小.     

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。     

地震动多点激励对高铁桥梁地震响应的影响研究

长大高铁桥梁墩柱基础所处地质条件可能存在较大差异,地震动的特性会发生较大变化,若不考虑这种变化,计算结果不能反映桥梁实际地震响应,甚至可能偏不安全。以24跨跨径为32 m的高铁简支梁桥为研究对象,采用绝对位移法考虑地震动的多点激励,分析主梁和轨道的位移和变形、支座剪力和位移以及桥墩的变形及内力等地震响应特性,并与一致激励进行对比。结果表明:考虑多点激励后,场地转换处轨道和主梁的横向和竖向相对位移均明显增大,轨道整体变形呈蛇形波动,在伸缩缝处出现局部突变,轨道的这些变形特性会严重威胁高速运行的列车的行车安全;在场地转换处主梁纵向相对位移亦显著增大,可能造成落梁;支座和墩柱的位移和内力主要受场地类型的影响,场地越不利,地震响应越大。     

非规则多跨连续梁桥横向地震碰撞效应研究

为了探究非规则多跨连续梁桥的横向地震碰撞问题,提高同类桥梁的防震减灾能力,以广东潮安韩江大桥为研究对象,建立了考虑减隔震支座非线性与桩-土相互作用的横向碰撞计算模型,分析了横向碰撞特征及其对结构地震反应的影响,针对接触刚度与初始间隙进行了参数分析,并对橡胶垫片的减碰效果及其厚度的影响进行了探讨。结果表明:(1)横向碰撞可以减小梁墩相对位移,但会产生较大的碰撞力从而增加桥墩受力,并使各墩地震力分布更不均匀;(2)接触刚度的增加虽然可以减小梁墩相对位移,但当刚度值较大时梁墩相对位移的减幅趋缓,过大的刚度取值反而会引起桥墩过大的内力;(3)初始间隙的影响有一定的不确定性,但总体而言初始间隙较小时碰撞力与桥墩受力较大;(4)橡胶垫片可显著减小碰撞力与墩底弯矩,在工程条件允许时可适当增加垫片厚度。     

简支梁桥纵向地震碰撞响应研究

为研究简支梁桥在地震荷载作用下的碰撞响应和各因素对碰撞响应的影响程度,以一座3跨简支梁桥为研究对象,对桥梁碰撞响应的影响因素进行了动力非线性时程反应分析,得到了以下分析结果:纵向地震下,碰撞不会显著增大简支梁桥墩底的剪力和弯矩,但巨大的撞击力会给桥梁结构带来诸多不利影响;接触单元模型中碰撞刚度的取值对撞击力的正确模拟至关重要,碰撞刚度取值不同基本上不会改变结构的地震响应;梁体间的撞击力对邻梁间隙反应敏感,随着邻梁间隙的增大,撞击力和撞击次数逐渐减小,墩底剪力和弯矩逐渐增大;随着墩高比的增大,墩底剪力和弯矩不断减小,墩顶位移呈增大趋势,撞击力变化较大,但当相邻跨墩高相差不大时,撞击力相对而言要小得多;将不同的地震动峰值加速度调整到相同时,简支梁桥的地震响应差异很大。     

城市立交中分叉曲线桥梁地震响应研究

城市立交中分叉曲线桥梁,结构多支分叉、非规则异型,质量和刚度分布不均匀,力学性能复杂,抗震分析和设计困难。以一座城市立交为工程依托,构建典型分叉曲线桥梁模型,进行六组地震工况作用下的非线性时程分析,并对比分叉曲线桥梁与组成分叉结构的各单支桥梁的地震响应差异,研究城市立交中分叉曲线桥跨结构的动力响应特性。结果表明:分叉曲线桥梁结构动力耦联效应显著,分叉桥梁的地震响应与组成分叉桥梁的各单支桥跨的地震响应差异大,分叉桥梁下部构件应建立分叉全桥空间三维动力模型,分叉节点异型主梁应建立局部实体模型;分叉曲线桥梁应按照单维、多维和E1、E2多种地震输入工况进行结构的最不利响应分析;分叉结构导致接入分叉点的桥跨地震位移响应增加,伸缩缝处碰撞、落梁震害概率加大,应引起工程人员的重视。     

汶川大地震曲线梁桥震害及破坏机理分析

以汶川大地震中严重破坏的回澜立交桥为例,基于数值模拟手段并结合现场震害调查,分析了回澜立交桥的地震破坏机理。数值分析表明,地震时设有支座的最矮的1号桥墩支座发生滑移破坏,以致刚度较大(次矮)的2号刚构桥墩承受很大的地震惯性力,2号墩首先发生弯曲屈服,此后随延性发展因抗剪能力不足最终发生剪切破坏直至倒塌损毁,呈现典型的弯剪破坏特征。现场震害调查发现,回澜立交桥震害集中于抗弯刚度较大的刚构墩上,而其余桥墩震害相对较轻,主要表现为混凝土保护层的脱落、混凝土开裂以及墩顶支座的滑移破坏等。数值分析结果与震害调查呈现出较好的一致性。     

远场长周期地震动作用下减隔震连续梁桥的动力响应特性研究

近几年发生的几次大地震均出现了远场长周期地震动的破坏现象,为了揭示自振周期较长的减隔震连续梁桥在远场长周期地震动作用下的动力响应特性,采用非线性时程分析的方法,分别研究了常规地震动和远场长周期地震动作用下减隔震连续梁桥的地震响应,以及远场长周期地震动作用下减隔震和非减隔震连续梁桥地震响应的差异。结果表明:与常规地震动作用相比,远场长周期地震动作用时减隔震连续梁桥的地震响应明显增大,但依然小于板式橡胶支座桥梁的地震响应。这说明,在常规地震动作用下,铅芯橡胶支座减隔震性能发挥良好,在远场长周期地震动作用时,其减隔震性能依然能够发挥,但发挥效应相对常规地震动作用时较弱。这一现象在有关隔震桥梁的设计中应予以关注。