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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

板式橡胶支座曲线梁桥地震反应与参数影响分析

在地震中,曲线梁桥的反应较为复杂,容易发生碰撞甚至是落梁,板式橡胶支座经常会发生较大滑移,这种支座的滑移特性又会显著地改变曲线梁桥的动力反应。以某座板式橡胶支座曲线连续梁桥为研究对象,建立桥梁的多尺度有限元模型,通过非线性时程方法,分析了地震作用下曲线梁桥上部结构、支座和下部结构的动力反应。在此基础上,采用显式动力接触算法,模拟了主梁与桥台间的碰撞行为,并改变支座摩擦系数的取值,分别研究了梁端碰撞效应和板式橡胶支座摩擦系数对桥梁结构地震反应的影响。结果表明,由于曲线梁桥内、外侧支座竖向反力的差异,使得内侧板式橡胶支座较外侧支座更容易发生滑移,外侧桥墩受力明显较内侧桥墩复杂;碰撞作用降低了支座的抗滑能力,使得主梁端部位移和墩底内力都有所增大;支座的抗滑能力随着摩阻系数的增大而显著提高,摩阻系数和碰撞作用对桥墩扭矩的影响都较为显著。     

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。     

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。     

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。     

设置无粘结钢筋铁路重力式桥墩的拟静力试验研究

为解决我国铁路重力式桥墩在地震中延性不足的问题,通过在墩底设置无粘结钢筋来改善桥墩的延性性能。制作了1个完全粘结钢筋混凝土桥墩模型和2个不同无粘结钢筋长度的桥墩模型进行拟静力试验。对比分析3个桥墩的破坏状态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能能力及位移延性等抗震性能。结果表明：完全粘结钢筋混凝土墩身和墩底均出现裂缝,而2个不同无粘结钢筋长度的桥墩只是在墩底形成一条主裂缝;在同一加载位移下,完全粘结钢筋混凝土桥墩的累积耗能大于无粘结钢筋混凝土桥墩,且无粘结钢筋长度越长,桥墩的累积耗能越少。但是桥墩最终破坏时,无粘结钢筋混凝土桥墩的累积耗能大于完全粘结钢筋混凝土桥墩,且无粘结钢筋长度越长桥墩累积耗能越大;在墩底设置无粘结钢筋可以提高铁路重力式桥墩的延性性能,且无粘结钢筋长度越长,对桥墩延性提升越大,只是刚度略有下降。     

地震动关键特性对隔震连续梁桥碰撞响应的影响

为考虑地震动特性对隔震连续梁桥顺桥向主梁与桥台碰撞响应的影响,以某三跨混凝土隔震连续梁桥为例,基于ABAQUS建立了考虑混凝土材料损伤及三维接触碰撞的有限元模型。采用12条典型地震动输入,分析了不考虑碰撞时地震动峰值加速度与峰值速度的比值(PGA/PGV)对主梁顺桥向最大位移的影响;并进一步分析了考虑碰撞效应时PGA/PGV对主梁碰撞响应的影响;在此基础上,以一条典型地震动为例,分析了地震动峰值加速度对碰撞响应的影响。结果表明,当不考虑碰撞效应时,主梁顺桥向最大位移随着PGA/PGV的增大而呈现减小趋势;考虑碰撞时,碰撞次数和最大碰撞力的变化具有一定的相似性,但随PGA/PGV的变化并不明显。随着伸缩缝间隙的不同,最大碰撞力随着峰值加速度的增加既可能表现出线性增加的特征,也可能表现出较大波动。     

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。     

桥梁相邻结构相对位移反应谱研究

基于相干函数和我国抗震设计规范定义的反应谱模拟了空间变化地震动,计算了桥梁相邻结构在不同视波速和相干程度空间地震动激励下的相对位移反应,以此确定为避免桥梁相邻结构碰撞所必需的伸缩缝最小间距,并分析了地震动空间变化和结构振动特性对桥梁相邻结构最大相对位移反应的影响。结果表明:地震动的空间变化对桥梁相邻结构的相对位移反应有着重要影响,当桥梁相邻结构拥有相似的振动频率时,影响最大;抗震设计标准推荐的调整相邻结构基本频率相近而减小相邻结构间的相对位移,从而达到避免结构碰撞的建议,仅在地震动空间变化效应可以忽略的前提下才有效。     

钢管混凝土柱-软钢消能元件组合高墩桥梁试设计∗

为显著提高强震区高墩桥梁结构的抗震性能,基于可恢复功能抗震设计原理,提出钢管混凝土柱?软钢消能元件组合箱形截面高墩桥梁的设计概念。以山区某常规RC箱形截面高墩连续刚构桥为工程背景,进行新型组合截面高墩桥梁试设计;分析了新型组合截面高墩桥梁在作用基本组合下的静力性能和地震组合下的抗震性能,并对比分析了其与常规RC箱形截面高墩桥梁在E2地震作用下的抗震性能。结果表明：①作用基本组合下,新型组合截面高墩桥梁能够很好地满足结构承载力和稳定性要求;②在E2地震作用下,常规RC箱形截面高墩桥梁出现中等程度的破坏,而新型组合截面高墩桥梁仅有可更换的软钢消能元件发生塑性变形,表明其具有地震可恢复性;③在E2地震作用下,新型组合截面高墩桥梁的地震位移反应明显小于常规RC箱形截面高墩桥梁的地震位移反应。     

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。     

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。     

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。     

地震下RC空心墩弯‑剪数值模型及混合试验验证∗

地震作用下钢筋混凝土空心截面中高桥墩多发生弯剪破坏,而其弯剪耦合反应的数值模拟方法尚不完善。 针对当前弯剪串联模型中的剪切模型未考虑空心截面特征的问题,提出基于关键参数的剪切模型修正方法,并通过混合试验进行验证。分别从桥墩的剪跨比、混凝土开裂后剪切刚度、等效截面面积、桥墩有效高度与墩身混凝土斜裂缝倾角等参数入手,提出剪切模型关键参数的修正方法;基于修正的开裂剪切强度、开裂剪切位移、剪切极限承载力及其对应的剪切位移与剪切破坏位移,提出适用于空心桥墩剪切性能模拟的三折线型骨架曲线建立方法; 通过组合剪切模型与基于纤维单元的弯曲模型,建立空心墩弯剪耦合反应的数值模型;与一座空心高墩桥混合试验结果对比,其桥墩子结构的物理试验结果验证了数值模拟方法。分析表明：通过本文所提数值模拟方法得到的空心桥墩弯剪滞回曲线与真实地震加载路径下的试验曲线匹配良好,能够模拟空心墩在真实地震作用下的弯剪滞回行为。     

考虑土-结构相互作用的大跨度斜拉桥非线性地震反应分析

运用大型有限元通用软件ANSYS/LS-DYNA及其并行运算功能,进行了考虑土-结构相互作用的大跨度斜拉桥地震反应分析。考虑混凝土、土介质和悬索材料的非线性与考虑材料线弹性的计算结果比较表明,考虑材料非线性情况时,由于进入塑性阶段后的能量耗散,内力比考虑线性情况时小;而进入塑性阶段后,结构刚度变小,运动量要比考虑线性情况时大。