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。     

考虑冲刷影响的川藏线连续梁桥横向地震易损性分析∗

冲刷将减小土体对桥梁基础的横向支撑作用,削弱桥梁结构刚度,进而影响桥梁结构的动力学特性和抗震性能,因此有必要研究冲刷对桥梁结构抗震性能的影响。以川藏线常见的三跨连续梁桥为工程背景,利用有限元软件SAP2000建立桥梁结构有限元模型,利用m法考虑桩土相互作用,讨论了冲刷深度变化对桥梁结构动力学特性的影响。选取曲率延性作为桥墩和桩基的损伤指标,考虑材料和几何非线性,通过增量动力分析方法得到不同横向地震动强度下桥墩和桩基的峰值曲率,建立了不同冲刷深度下桥墩、桩基在轻微损伤、中等损伤、严重损伤以及完全破坏状态下的地震易损性曲线。研究结果表明:冲刷深度增加将增大桥梁结构自振周期;桥墩在各损伤状态下的损伤概率随冲刷深度的增大而不断减小;冲刷深度较小时,桩基的损伤概率随冲刷深度增加而增大,但当冲刷深度超过某一值时,桩基的损伤概率反而有所减小。     

地基土特性变化对桩基抗震反应的影响

地震荷载作用下的桩基动力反应在工程设计中越来越受到重视。基于桩-土-结构整体动力有限元法,结合工程实例,建立有限元分析模型,设置粘弹性人工边界,研究水平地震荷载作用下地基土层特性变化对桩基抗震反应的影响。着重探讨了上软下硬和上硬下软两种土层分布情况下,软硬土层相对厚度及弹模比变化对桩基抗震反应的影响。结果显示:桩基和筏基交接处桩顶截面和软硬土层分界处的桩身截面均可能是内力最大截面,桩顶截面和软硬土分界处桩身截面都应是设计需考虑的控制性截面,地基土层特性变化对于桩基弯矩的影响较剪力的影响显著。     

大型渡槽结构动力学研究进展(2010-2019)

渡槽是跨流域调水、输水工程的关键性架空建筑物,其动力性能的理解与应用关系到调水工程的"安全,经济、适用和美观"。系统梳理和总结近十年内大型渡槽结构动力学的研究进展,为渡槽工程下一个10年的发展提供学术与实践方向。在过去的10年里,考虑水体与槽体间的相互作用进行渡槽结构系统的动力学分析及抗震(风)设计,已取得共识。系列研究厘清了槽体与水体的相互作用机理及槽内动水压力的特点,并在槽内水体晃动的等效模型上取得了重要成果,这些成果促进了水工建筑物抗震规范的完善与实施;另外已有学者就土-桩-渡槽结构动力相互作用做了系列研究,表明在进行渡槽结构动力学研究时,有必要考虑土-桩-结构的相互作用;渡槽结构与桥梁类似,学者们从桥梁抗震的多点地震输入问题考虑,研究了多点地震输入对渡槽结构地震反应的影响,认为大跨度渡槽结构应考虑地震波的多点输入;系列研究表明,隔震、消能减震及结构控制方法已在渡槽动力学研究与实践中展开,且可有效的提高渡槽结构体系的整体抗震性能。同时,基于工程结构的被动,半主动,主动控制以及动力学可靠度理论已在渡槽工程中渐露曙光。未来,大型渡槽结构动力学的研究将趋向于系统防灾和智能控制。     

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。     

波浪-地震联合作用下跨海斜拉桥横向减振控制研究∗

为研究波浪?地震联合作用下跨海斜拉桥的横向减振控制方法，以某主跨 400 m 的跨海斜拉桥为工程背景，考虑桥梁下部结构高桩承台群桩基础的波浪荷载，并基于辐射波浪理论求解地震动水力附加质量，建立了波浪-地震联合作用下考虑水?结构相互作用的全桥有限元模型。在此基础上，采用黏滞阻尼器构建横向减振体系，分别探讨了波浪单独作用和波浪?地震联合作用下黏滞阻尼器的减振控制效果。结果表明：在波浪单独作用下，仅在辅助墩墩顶设置黏滞阻尼器的横向阻尼体系减振效果较好，能有效抑制波浪荷载引起的主梁横向位移；在波浪?地震联合作用下，比选出的横向阻尼体系依旧表现出很好的减振效果，且阻尼器参数变化对减振性能的影响规律基本一致；为兼具减振与减震功能，推荐阻尼指数 α 取 0.8，阻尼常数 C 宜控制在 4 000~6 000 kN?（m/s）^-α 内。研究成果可为跨海斜拉桥的横向减振设计提供参考。     

大跨度斜拉桥抗震性能分析与减震控制研究

本文以香溪河大桥为工程背景,利用大型有限元软件ANSYS建立该斜拉桥的有限元模型,进行地震作用下的动力非线性时程分析,并以COMBIN37单元模拟非线性粘滞阻尼器,研究了粘滞阻尼器参数对桥梁抗震性能的影响规律,并确定了合理的阻尼器参数取值。并对未设置与设置粘滞阻尼器的桥梁结构地震响应进行数值分析与比较,分析结果表明:合理设置粘滞阻尼器,可以有效降低桥梁结构关键部位在地震作用下的位移响应,并对结构内力也有一定的降低。本文研究结果为大跨度斜拉桥振动控制分析及工程应用具有重要的指导意义。     

基于公路工程规范地震需求谱的建立及应用

基于《公路工程抗震设计规范》(JT J 004-89)的弹性反应谱建立了地震弹塑性需求谱,并从解决桥梁结构的实际问题出发,根据桥梁结构的震害规律和特点,考虑桥梁结构的位移延性、耗能特性等方面因素,利用Push-over方法建立了桥梁结构的能力曲线,应用相应的地震需求谱具体分析了实际桥梁结构的破坏极限状态,为桥梁结构抗震性能评价的研究提供参考意见。     

城市独柱墩梁桥结构体系研究

基于对目前城市桥梁通常采用的独柱墩连续梁桥的受力和结构设计存在的问题和缺陷,提出了两跨T形刚构桥梁结构形式,并对两种桥梁结构形式在构造、静力行为和抗震性能方面的特点进行了研究。与连续梁桥相比,独柱墩T形刚构桥通过墩梁固结节省了支座,简化了伸缩缝的构造,增加了桥梁的横向稳定性,大大减小了横梁的受力。静力研究表明,两种结构在自重、温度及活载作用下,弯矩和变形基本接近,但T形刚构预应力损失小,且预应力次力矩对于主梁抗弯产生了有利效果。地震反应分析结果显示,墩梁固结能够显著降低地震力作用下桥墩和桩基的弯矩,提高了桥梁的抗震能力,简化了抗震构造。     

软土地区地表结构对盾构隧道地震响应影响的风险分析

本文基于ABAQUS有限元软件建立了软土地区地表结构-土-隧道相互作用的非线性有限元模型,地表结构采用置于刚性筏板基础的单自由度体系模拟。考虑地表结构的有无,不同的土体模型及地震荷载,通过水平地震作用下的动力时程反应分析,研究了地表结构对盾构隧道周围土体以及衬砌地震响应的影响。研究表明,地表结构的存在会增大隧道周围土体地震响应,从而引起隧道结构变形以及动态内力的显著增加,同时发现采用弹塑性分析下的隧道地震响应大于采用黏弹性分析。因此,地表结构作用是影响盾构隧道响应的重要因素,综合分析地表结构-土-隧道作用下的结构动态响应有助于更合理的预测地震荷载下盾构隧道结构安全风险。     

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。     

刚性桩复合地基地震响应的拟静力简化计算方法

刚性桩复合地基在建筑结构中已得到广泛应用,但对其地震作用下的动力响应研究还不够充分。采用上海市《建筑抗震设计规程》8度罕遇地震的规范标准反应谱拟合生成人工地震波,以软土场地中的某10层钢筋混凝土框架结构为对象,将土体自由场变形和上部结构惯性力对桩身内力的影响分开考虑,提出一种拟静力简化计算方法,分析刚性桩复合地基的地震响应。并建立刚性桩复合地基-筏板-上部结构体系整体有限元模型,利用数值方法进行动力时程分析,验证了拟静力方法的合理性。进一步分别计算了自由场位移对桩基的作用、刚性桩复合地基-筏板-上部结构体系整体地震响应以及桩筏基础地震响应。结果表明:拟静力方法与数值方法较为吻合,复合地基的桩身内力和筏板底加速度峰值均小于桩筏基础,褥垫层对地震波具有滤过作用,显著减轻了地震的作用效应。     

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。     

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。     

填充墙对底框结构地震反应的影响

为研究填充墙对底层框架多层砌体房屋地震反应的影响,以典型的填充墙-底层框架多层砌体房屋为基础,建立有限元计算模型并进行了弹塑性动力时程分析。根据不同模型的计算结果以及填充墙的刚度和强度,分析了填充墙对底层框架多层砌体房屋自振周期、地震作用下房屋整体变形、底层框架的损伤以及填充墙与底层框架相互作用的影响。计算结果表明:填充墙对房屋整体地震反应产生明显影响,其影响不能忽略。在上部砌体结构质量和刚度不变的情况下,结构自振周期随着填充墙刚度的增加而降低;随着填充墙与底层框架之间连接作用的增强,结构整体的变形减小,底层框架的损伤增大。当填充墙与底层框架之间采用弱连接时,采用强度较高的填充墙可以提高结构整体的变形能力,从而提高结构整体的抗震能力。     

基于层状土推覆方法的盾构隧道抗震性能分析

当前对于地铁盾构隧道进行抗震分析时多基于弹性假设的简化设计方法,难以体现土体和结构的非线性特征;而动力时程分析具有耗时长,工作量大,考虑因素多等缺点使其在工程设计中的广泛应用受到限制。地下结构静力推覆方法具有概念清晰,考虑土体与结构相互作用,相比动力方法耗时大大减少等优点。而自适应层状土推覆分析可以改善地下结构静力推覆法的地震荷载加载模式,使之在含软弱夹层的场地中同样具有较高的精度。通过建立二维的土体-结构相互作用模型,采用自适应层状土推覆分析法对实际的单线地铁盾构隧道横断面进行拟静力弹塑性分析。绘制了其抗震性能曲线并发现了相对薄弱处的位置,并与动力时程的分析结果进行了比较,证明该方法有良好的精度。同时采用该方法对地铁盾构隧道抗震响应做了参数分析,给出了管片混凝土标号和土体模量的改变对隧道薄弱点受力的影响。     

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。     

强震下四边钢柱支承单层柱面网壳弹塑性地震响应研究

采用集中塑性铰理论和SAP2000结构分析软件,对某体育练习馆(钢柱周边支承单层柱面网壳)整体结构进行了强震下弹塑性地震响应分析。分析中考虑了几何和材料双重非线性影响,获得了节点位移响应、杆件塑性铰的分布特征和结构的整体变形与失效形态,并评定了整体结构在强震下的极限承载力与失效类型。结果表明:该结构在强震下的失效界限地震加速度峰值为1260gal,最大竖向变形为短向跨度的1/163,满足"避难与救灾建筑结构"的抗震性能设防要求;结构的失效类型为动力失稳破坏,临界失效时出现塑性铰的杆件较少,结构塑性发展程度不充分;由整体稳定控制的单层柱面网壳在满足稳定承载力的要求下具有较大的抗震潜能。     

巨-子结构控制体系地震易损性分析

提出了一种基于性能的巨-子结构控制体系的地震易损性分析方法。定义了巨-子结构控制体系的4个极限状态,提出了基于巨-子结构控制体系极限破坏状态确定结构抗震性能水平限值的方法。通过考虑近场与远场地震动的不确定性,采用增量动力分析(IDA)对比分析了传统巨-子结构抗震体系和巨-子结构控制体系在近、远场地震作用下的地震易损性,并得到了两者的易损性曲线,给出了巨-子结构控制体系的破坏概率。所得结果可供地震灾害的巨-子结构控制体系损伤评估参考。     

考虑墙-框连接方式影响的填充墙框架结构抗震性能分析

在结构设计中,填充墙通常被当作非结构构件,不参与结构抗震计算。在实际地震作用下,填充墙和框架成为整体,共同抵抗地震作用,合适的墙-框连接方式可以减轻二者的相互作用,从而提高结构整体抗震性能。首先,运用ABAQUS软件对前人已开展的考虑墙-框不同连接方式的框架结构拟静力试验进行数值模拟,验证了所建立的有限元模型的可靠性。然后,基于某典型框架结构,建立三种墙-框连接方式的框架结构有限元模型并进行分析。模态分析表明,墙-框连接方式对框架结构的振型及周期影响较小,结构动力特性趋于一致。通过多遇地震和罕遇地震下的弹塑性时程分析,对比分析各结构的加速度反应、位移反应、滞回耗能及构件震害特征等可知,合理的墙-框连接方式可以提高结构抗震性能。针对本文框架结构工程实例,采用墙-框脱开密封材料封缝,构造柱加水平系梁的连接方式时其抗震性较好。