板式橡胶支座梁桥横向抗震加固研究

针对汶川地震中板式橡胶支座梁桥梁体横向移位严重的震害现象,提出了在原约束体系基础上增设X形板弹塑性挡块的抗震加固设计方法。以一座典型板式橡胶支座简支梁桥为研究对象,建立了可合理模拟支座滑动效应、挡块力学性能和墩柱滞回性能的全桥精细化有限元数值模型。选择国内外实际地震动进行横桥向非线性地震反应分析,研究了梁体与钢筋混凝土挡块横向间隙、X形板弹塑性挡块力学性能等两大参数对抗震加固效果的影响。研究表明:钢筋混凝土挡块与梁体间可预留一定横向间隙,X形板弹塑性挡块屈服强度可控制为上部结构恒载反力的5%;与抗震加固前相比,抗震加固设计能有效控制墩梁相对位移,同时减小桥墩结构地震反应,显著提高桥梁结构抗震性能。     

楔形挡块对中小跨径梁桥横向抗震性能的影响

在地震作用下中小跨径梁桥横向易出现落梁以及桥墩破坏。为了防止桥梁出现上述震害,提出以楔形挡块作为限位装置来提升桥梁的横向抗震性能。以一座3×20 m连续混凝土梁桥为例,通过OpenSees软件来建立有限元模型,在考虑板式橡胶支座的摩擦滑移效应、钢筋混凝土桥墩的非线性等力学效应的情况下,对其进行动力时程分析。引入主梁位移响应、桥墩顶部最大位移响应等作为指标,用柔性挡块、刚性挡块两种工况来与楔形挡块进行对比分析,并且分析楔形挡块不同角度对位移响应的影响。结果表明:楔形挡块角度设置合适时能够有效约束梁体位移响应,并且不显著提高桥墩顶部的位移响应。     

考虑支座摩擦滑移及结构碰撞的非规则人字形桥梁地震响应分析

针对非规则人字形桥梁在地震作用下灾变严重的问题,以一座非规则人字形桥梁为研究对象,建立其空间分析模型,研究综合考虑支座摩擦滑移、结构碰撞对非规则人字形桥梁地震响应的影响。结果表明:邻梁间的碰撞作用可使得桥梁墩顶位移及内力相比不考虑时有所减小,但同时也使梁体产生了较大的加速度脉冲效应;当考虑支座摩擦滑移和结构碰撞时,固定墩墩顶位移和邻梁相对位移峰值有一定程度增大,然而对梁体加速度脉冲效应结果影响并无统一规律;纵向地震波作用下,非规则人字形桥梁不仅存在顺桥向的碰撞,横桥向的碰撞响应也不容忽视。非规则人字形桥梁进行抗震设计计算时应选取符合实际情况的计算模型,考虑支座摩擦滑移及结构间的碰撞。     

地震作用下公路桥梁碰撞的半主动控制研究

针对地震作用下公路桥梁的碰撞问题,采用接触单元法模拟桥梁之间的碰撞作用,并在此基础上研究了采用磁流变阻尼器的公路桥梁碰撞的半主动控制方法。通过对某公路桥梁的数值模拟发现,地震作用下桥梁之间的相互碰撞,将大幅增加桥梁的绝对加速度响应。采用磁流变阻尼器的半主动控制系统能够较好地降低结构的地震响应和消除地震作用下的碰撞。     

地震作用下曲线梁桥双向碰撞作用影响分析

碰撞作用直接影响到桥梁不同构件的地震响应,是桥梁抗震研究中一直关注的问题。针对地震作用下曲线梁桥因主梁面内转动而发生主梁与切向桥台和径向挡块碰撞的现象,以1座3跨预应力混凝土连续梁桥为例,采用非线性时程分析方法,对曲线连续梁桥的双向碰撞作用影响进行研究,并分析了不同减撞措施的效果。结果表明:考虑双向碰撞作用后,下部结构响应有明显增加,主梁转动现象变得复杂,曲线梁桥地震响应分析中应通过建立精细化模型来考虑主梁双向碰撞作用的影响;在切向桥台处设置限位拉锁装置能起到较好的减轻双向碰撞作用的影响,以及采用减隔震设计后,减撞效果更明显,桥梁抗震性能明显改善,但合理减撞措施设计参数应结合曲线梁桥约束体系及结构设计参数进行体系分析确定。     

双向地震作用下互通式斜交桥梁地震响应及碰撞效应分析

斜交桥梁由于其不规则的结构形式使其受力规律与规则桥梁相比具有特殊性和复杂性,在地震作用下梁体的平动与转动存在弯扭耦合效应,导致结构动力响应分析复杂。针对斜交桥梁的结构特点,建立包含桩土相互作用的三维有限元模型,在考虑水平双向地震作用下,采用反应谱法及时程分析法对京包高速公路某互通式斜交桥梁进行地震反应分析。结果表明:互通式简支斜交桥梁的地震响应受地震动输入方向的影响较大,在考虑碰撞效应后,碰撞涉及结构部位的地震位移显著增加,地震内力也出现较大差异,即说明在斜交桥梁抗震设计时有必要适当考虑地震动输入方向和梁端与墩台及相邻梁端的碰撞效应。     

中小跨径梁桥横向混凝土挡块模型及参数影响分析

为更准确地评估中小跨径梁桥主梁位移及下部结构地震响应,需建立合理的挡块分析模型。基于1座三跨预应力混凝土连续梁桥有限元模型,考虑了线弹性模型、考虑屈服的理想弹塑性模型及考虑退化的弹塑性模型3种不同挡块力学模型;对比分析了不同挡块模型对主梁位移及下部结构地震响应的影响;基于建议的分析模型,探讨了合理挡块间距的选取,并总结了有效防撞措施及新型挡块。结果表明,考虑退化的挡块模型可较好反映混凝土挡块在碰撞过程中的变形、损伤及完全失效的特性,而采用线弹性及理想弹塑性挡块模型都会低估主梁位移及高估传至下部结构的地震力;合理挡块间距选取范围在1.0~2.5 tr(橡胶层厚度)之间,可保证在橡胶支座发挥减隔震功能后,起到较好的限位作用,而又不致明显增加下部结构地震力。     

空间多点地震作用下桥梁结构碰撞响应振动台试验研究

地震造成的桥梁上部结构碰撞及落梁破坏在历次大地震中基本都能观察到,以往的研究大多数局限于地震作用下桥梁碰撞响应的数值模拟研究,相关的试验研究还不多。此外,这些研究中也少有考虑空间多维多点地震动作用引起的桥梁上部结构更大的异向振动。本文采用振动台台阵系统,对空间多维多点地震作用下相邻桥梁结构碰撞响应进行试验研究。试验设计制作了几何缩尺比为1∶6的桥梁模型,研究比较了空间多点激励以及摇摆基础与固定基础两种基础形式对试验模型地震碰撞响应的影响。介绍了试验模型的设计制作、传感器布置,给出了试验结果及模型桥梁碰撞破坏情况。试验结果表明,地震动的空间变异性不能忽视,较大的碰撞力会引起桥梁伸缩缝处混凝土严重的局部破坏,相比于固定基础,摇摆基础能有效降低墩的破坏程度,但提高了上部结构的碰撞及落梁风险。     

人字形曲线梁桥振动台试验研究

为研究人字形曲线桥梁在地震输入下的地震反应特性,按1/20的几何比例设计制作了一座人字形曲线桥模型,进行了单向和多向输入下的振动台试验。研究了人字形桥梁结构在地震作用下的震害现象,以及多向输入对梁跨中及邻梁碰撞响应的影响。结果表明:梁体和桥墩主要表现为以弯曲裂缝为主的破坏模式,墩梁相对位移随着地震烈度的增大而增大;梁跨中加速度响应在三向和双向输入下都较单向输入为大,双向和三向输入都会使邻梁间的相对位移较单向输入时增大,更容易使结构发生碰撞;人字形桥梁结构地震响应不但与地震波输入方向有关,且与输入地震波的频谱特性和结构的形式及自身特性有关。     

非规则连续梁桥纵向非同向振动地震反应

墩高不同可以造成桥梁相邻跨之间的振动特性存在显著差异,这种差异会导致产生非同向振动,并对相邻梁体地震碰撞力及构件间相对位移有影响,另外对抗震措施的有效性也有影响。主要完成的工作:(1)选择了一座代表性的墩高变化较大的实际非规则连续梁桥,采用成熟建模方法和软件建立了计算模型;(2)选择了多条代表性地震波,进行了纵向地震反应计算;(3)根据案例的计算结果,研究了相邻联周期比对该类桥梁地震反应的影响规律;(4)根据案例的计算结果,建议了周期比的合理取值范围和抗震措施的设计原则。     

多维地震输入下曲线匝道桥梁伸缩缝碰撞响应

针对曲线匝道桥梁伸缩缝地震碰撞破坏现象,依托某市多层互通式立交体系中一座独立、单支、多联、曲线、箱梁匝道桥,用Kelvin接触单元模拟了伸缩缝处地震和碰撞效应,建立了全桥空间动力分析模型。利用非线性时程分析法,分别输入单维(X方向、Y方向)和多维共8种地震动工况,分析了曲线匝道桥梁伸缩缝的地震碰撞响应差异。结果表明:曲线匝道桥梁由于曲率的影响,不同方向地震动响应存在耦合效应,其伸缩缝碰撞响应的最不利值应考虑多维地震输入工况,并用碰撞力和碰撞位移双指标控制伸缩缝的地震碰撞响应。     

近断层地震特性对隔震曲线连续梁桥地震响应的影响

为研究近断层地震动对曲线连续梁桥地震响应及碰撞效应的影响,采用非线性时程分析法,分别研究脉冲效应、上盘效应及方向性效应对某三跨曲线连续梁桥支座位移、桥墩内力及邻梁间碰撞力的影响;通过支座隔震率的对比分析,探究不同类型近断层地震动下地震响应产生差异的原因。研究结果表明:脉冲效应、上盘效应和方向性效应均会增大曲线连续梁桥地震响应,脉冲效应的影响尤为显著;脉冲效应和方向性效应削弱了高阻尼橡胶支座的隔震特性,而上盘效应对桥梁响应的影响仅与上盘地震动自身特性有关;综合来看,脉冲效应对曲线梁碰撞响应影响最明显,上盘效应影响不大。     

梁式桥地震碰撞响应及防碰撞与落梁措施研究进展

简述了地震中观察到的桥梁结构地震碰撞现象,以及已经发展的各种模拟地震碰撞现象的理论分析模型.在此基础上,对桥梁碰撞反应发生机理、碰撞对结构构件抗震能力的影响以及有关防止碰撞发生及防止落梁的有效措施等方面的研究进展进行了回顾和总结.展望了有待进一步研究的问题,包括开展大比例尺的实桥模型地震碰撞试验研究、空间地震动对长跨梁...     

双向地震作用下高铁FPS隔震简支梁桥纵向地震碰撞反应研究

为了准确分析FPS隔震桥梁的纵向地震碰撞反应,针对一典型3跨FPS隔震简支梁桥,建立了考虑FPS双向耦合效应和梁缝处三维碰撞效应的非线性动力计算模型,分析双向地震作用下FPS隔震简支梁桥纵向地震碰撞反应;研究支座半径和摩擦系数对简支梁桥纵向地震碰撞反应的影响规律。研究结果表明:横向地震作用会增大简支梁邻梁间纵向地震碰撞次数和碰撞力,降低墩底纵向剪力;为减小地震碰撞反应,设计时可适当增大支座半径和支座摩擦系数。     

地震作用下双薄壁高墩刚构桥桥台处的碰撞效应及减碰措施

针对双薄臂高墩连续刚构桥两侧桥台处主梁与背墙的碰撞现象,基于桥台-背土作用简化模型和Kelvin碰撞模型,采用非线性时程法研究碰撞对双薄臂墩地震剪力、弯矩、曲率和位移,以及支座纵向变形的影响。提出可牺牲背墙、阻尼器、加强型横系梁等三种减碰措施,并对比分析其减碰效果。研究表明:碰撞会显著增大高墩的地震内力和曲率响应,降低墩顶位移和支座的纵向变形;碰撞刚度的变化对碰撞效应的影响在20%以内;可牺牲背墙和阻尼器两种减碰措施均可大幅降低桥墩的地震内力和曲率,使其接近不考虑碰撞时的状态,阻尼器同时还可以保护支座不超过容许变形,而可牺牲背墙则会导致支座的地震破坏;加强型横系梁不能发挥减碰作用,反而会增大桥墩的地震响应。     

Transient responses of girder bridges with vertical poundings under near‐fault vertical earthquake

Previous studies on pounding responses of bridge structures mainly focus on the horizontal pounding between adjacent structures. However, the vertical pounding responses of bridge are rarely studied. The aim of this paper is develop a theoretical approach to investigate the transient behavior of continuous bridge under near‐fault vertical ground motions. The transient behavior of bridge manifests as the earthquake‐induced response wave and pounding‐induced response wave travel throughout bridge. Based on a new continuous model of beam–spring–rod, the theoretical solution of bridge responses involving multiple vertical poundings is derived by the expansion of transient wave functions in a series of eigenfunctions. A new theoretical solving approach of the multiple vertical pounding forces is presented based on the transient internal force on the contact surface of the girder and bearing. The numerical results show that the present method can reasonably capture the propagations of the earthquake‐induced response wave and pounding‐induced response wave. The calculations of pounding force by the present method are convergence of the time‐step size and truncation number of wave modes. As the effect of transient wave is taken into account, the numerical results show several transient phenomena involving the vertical pounding, the high pounding force, the multiple‐pounding phenomenon, the vertical separation of girder from the bearing, the dependence of poundings on earthquake period and the narrow period window of poundings. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

高墩梁桥的地震冲撞效应及其应对策略初探

国内外多次地震表明了高墩桥梁的地震冲撞破坏现象,针对目前国内大量兴建的高墩梁桥,有必要研究高墩梁桥地震冲撞效应和减轻桥梁地震冲撞破坏的应对策略。本文根据高烈度震区的1座高墩梁桥建立全桥的空间有限元模型,并在墩-梁结合部伸缩缝处采用非线性接触单元模拟相邻梁间的冲撞行为,同时考虑了下部支座的影响;考虑不同的强震动输入,采用非线性时程分析方法,研究了高墩梁桥的地震冲撞效应及减轻冲撞的有效措施。研究结果表明:本文采用的冲撞力学模型能够合理地模拟地震作用下结构的冲撞现象;冲撞行为对结构的地震反应影响复杂;地震动特性对冲撞效应影响显著;调整伸缩逢宽度或设置弹簧-阻尼限位装置可有效缓解结构间的冲撞效应。     

Seismic response of multi‐span simply supported bridges to a spatially varying earthquake ground motion

This paper carries out a parametrical study of the pounding phenomenon associated with the seismic response of multi‐span simply supported bridges with base isolation devices. In particular, the analyses focus on the causal relationship between pounding and the properties of a spatially varying earthquake ground motion. In order to include the effect of the torsional component of pounding forces on the seismic response of the whole structure, a three‐dimensional (3D) finite element model has been defined and 3D non‐linear time‐history analyses have been performed. A parametrical study on the size of the gaps between adjacent bridge decks has highlighted that the pounding effects are amplified when the spatially varying ground motion time histories at each support are considered. Because of a spatially varying input, the pounding forces can assume values 3–4 times larger than those derived by a conventional seismic analysis with uniform input or with spatial input but considering ground motion wave passage effect only. The numerical results show that in order to achieve an acceptably safe structural performance during seismic events, a correct design of the isolation devices should take into account the relative displacements calculated by means of a non‐linear time‐history analysis with multi‐support excitation. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

曲率半径对大温差地区小半径曲线梁桥地震响应影响分析

为研究曲率半径和近断层脉冲效应对大温差地区小半径曲线梁桥在地震作用下的动力响应和碰撞效应的影响规律,以某大温差地区曲线梁桥为研究对象,建立不同曲率半径的全桥非线性有限元模型,考虑温度变化对支座性能和伸缩缝间距的影响,开展桥梁地震响应分析.结果表明:随着主梁曲率半径增大,墩底内力响应逐渐增加,邻梁间碰撞效应逐渐增强;温度...