减隔震桥梁设计方法及抗震性能研究综述

桥梁作为交通系统中的生命线工程,其抗震性能问题尤为重要。桥梁减隔震技术主要通过减隔震装置来降低结构的地震损伤,目前已发展成为提高强震区桥梁抗震能力的重要措施。为促进减隔震技术在中国桥梁工程领域的进一步发展,首先总结减隔震桥梁的设计方法,归纳其地震反应和震害情况,对采用不同减隔震装置桥梁的非线性动力性能、减隔震效果、地震随机响应、易损性及性能优化方法等研究情况进行梳理;其次,概述减隔震技术在斜交桥、曲线桥及铁路桥梁中的应用情况与研究进展,并介绍新型韧性抗震设计理念在桥梁工程领域中的应用情况和发展前景;最后,总结减隔震桥梁的试验研究情况,指出目前减隔震桥梁研究中的不足和发展趋势。     

中美日桥梁减隔震设计规范的比较研究

为推动国内桥梁减隔震技术发展和促进相关规范完善,对中国、日本、美国等减隔震设计规范的发展历程、抗震设防目标、抗震设计和分析方法、构造措施及细节等进行对比分析,介绍了减隔震装置(支座)的性能要求和特性试验和原型试验技术要点。认为宜进一步在设计规范中细化设计方法、分析方法及构造措施要求等,重视减隔震装置性能检测及原型试验,增强抗震设计规范和技术标准之间的协调性。     

减隔震技术在桥梁结构中的应用

首先对减隔震技术的概念、原理等作了一定的介绍,并通过与传统的利用结构自身强度抵抗地震作用方法的比较,说明了减隔震技术在减小结构的地震反应、工程造价方面的优越性.在对几座典型的减隔震桥梁介绍基础上,表明了减隔震技术在一些桥梁结构抗震设计或加固中的应用情况与所取得的良好的抗震性能.阐述了目前减隔震技术研究的情况及今后需要进一步研究的问题,为我国从事相关工作的工程人员和研究人员提供一点参考.     

强震下拱式体系桥梁震害特征及抗震研究

以汶川地震中拱式体系桥梁震害为主线,总结主拱圈、横向连接系和其它附属构件及减隔震设计拱桥的破坏情况,对国内外拱桥的震害特征及原因进行了剖析。以目前应用数量占优的钢管混凝土肋拱桥为具体背景,对拱式体系桥梁的抗震理论、抗震试验和减隔震设计进行了评述。分析认为拱式体系桥梁竖向和纵桥向抗震存在一定的安全储备,但横桥向存在明显的抗震薄弱环节。针对钢管混凝土肋拱桥横桥向振动及倒塌特点,就目前在拱式体系桥梁中引入防屈曲支撑代替横撑以形成耗能减震结构提出了建议及具体可行设计方式。     

跨海桥梁抗震设计研究发展综述

国内外特别是我国近些年跨海桥梁建设发展迅速,鉴于1995年日本Kobe地震中存在跨海桥梁损伤的案例,如东神户大桥和明石海峡大桥(地震时未完工),因此跨海桥梁的地震安全问题显得尤为重要。目前,桥梁抗震问题的研究与总结主要集中于陆上桥梁,针对跨海桥梁的抗震设计方法与研究相对较少。归纳了世界范围内经受地震考验的跨海桥梁的震害表现,通过分析国内外不同历史时期几座典型跨海桥梁的抗震设计和减隔震技术的应用,总结了跨海桥梁抗震技术的发展与主要成果。     

桥梁震害的历史回顾(上)

地震是社会发展不可忽视的重大风险,桥梁作为交通的咽喉,其在地震中的表现严重影响着灾害救援以及震后经济快速复苏。减轻甚至消除桥梁震害是工程师和学者的共同目标,也是当前桥梁抗震研究的核心出发点。梳理桥梁震害有助于加深对结构本身抗震的理解,同时可以了解桥梁抗震领域研究趋势和规范发展的脉络。作者以上世纪末为时间节点,分上、下两篇总结了有较大意义的数次历史地震桥梁震害情况,本文为上篇。至上世纪末期历次震后调查的经验表明:桥梁抗震设计的重要基础之一是地震危险性分析和设防;工程上需努力增强现有老旧桥梁的抗震能力,重视抗震概念设计、细部设计和减隔震设计;未来的研究重要方向是理清沙土液化、地基失效和近断层效应的影响,以及减隔震设计向(半)主动控制的发展。     

桥梁减震性能研究

针对当前桥梁延性抗震及减、隔震设计的研究现状，阐述了在桥梁减、隔震设计中存在的问题，并采用编制的有限元非线性动力分析程序，对设置橡胶支座的一座简支梁桥的抗震性能进行了分析，检验了减、隔震支座的减震效果，比较了普通延性抗城和普通板式橡胶支座，铅芯橡胶支座的减震特点对减、隔震桥梁的延性地震响应特性进行了初步的探讨。     

桥梁震害的历史回顾(下)

震害是桥梁抗震研究的第一手资料,值得认真学习及反复思考桥梁抗震发展历史与趋势。文中梳理了21世纪以来桥梁震害情况,它们大多依现代结构分析理论及抗震规范设计,以期能对桥梁震害在整体上获得更客观和深刻的认识,甚至发现新的研究问题以供讨论。以美国地震工程研究学会(earthquake engineering research institute, EERI)的(learning from earthquake, LFE)项目地震资料为主,展示了近20年出现的桥梁典型性震害并进行初步的评价。最后得出结论和建议:隔震桥梁宜增强其位移控制能力;建议将液化和地质次生灾害融入地震烈度区划图;发展指导新桥设计与旧桥加固相统一的基于性能设计方法;增强对近(跨)断层与桥梁基础抗震相关问题的研究。     

钢阻尼滑板支座体系在常规桥梁中应用探索

目前中小跨径装配式组合梁桥的支座形式多采用普通板式支座,其抗震效果不够理想。为了很好的满足桥梁结构抗震设计要求,同时又具有良好的经济性,本文在已有减隔震体系的基础上,提出一种新型减隔震体系,即钢阻尼滑板支座体系,该体系具有经济性和减隔震性能良好的优点。并对一实际工程的中小跨径桥梁进行了理论验证,结果表明钢阻尼滑板支座体系减隔震效果良好,可以较好的满足桥梁结构抗震设计要求,具有广阔的运用价值。     

桥梁抗震研究的近期进展

近期在智利圣地亚哥召开的第16届世界地震工程大会汇集了世界地震工程领域最新研究成果,有关桥梁抗震研究方面的论文就有90多篇,主要涉及大跨度桥梁的抗震设计、基于地震可恢复性的桥梁减震隔震措施、桥墩的抗震性能研究、桥梁的碰撞与接触问题、桥梁的地震反应分析等方面的内容。本文就这些方面的内容进行分类汇总和介绍,并谈了几点体会。很显然,桥梁抗震研究的发展趋势也会与整个地震工程界倡导的可恢复性的抗震设计理念同步,在可方便替换"保险丝"构件、摇摆自复位体系、更有效的减震隔震措施等方面有所推进。从大会报告的内容看,减隔震装置和桥墩自复位体系都是当前桥梁抗震研究的热点课题,如果将两者同时用于桥梁体系,进行优化设计,会有更好的抗震效果。     

近断层区域减隔震铁路桥梁地震动强度指标选取研究

为选取适用于近断层区域减隔震铁路桥梁的地震动强度指标,完善近断层区域减隔震桥梁基于性能抗震设计方法,从NGA-West2数据库中选取了236条近断层脉冲地震记录作为输入地震激励,采用单自由度Bouc-Wen非线性模型模拟减隔震桥梁力学特性,应用MATLAB编制计算程序,对强度折减系数R=1~8,初始周期在0.5~3 s范围内的Bouc-Wen单自由度模型进行了非线性时程分析。然后选用位移响应峰值结果作为地震工程需求参数,基于相关性、可行性、有效性三项评判准则评价了25个地震动强度指标的合理性。研究结果表明:近断层区域,短周期(0.5~1 s)减隔震桥梁选用有效峰值速度EPV进行抗震分析和评估较为合理;中等周期(1~2 s)减隔震桥梁宜选用Fajfar指标IF;有效峰值位移EPD可作为长周期(2~3 s)减隔震桥梁抗震分析和评估推荐指标;在全部周期(0.5~3 s)范围内,峰值速度PGV均适用。     

摩擦摆支座在矮塔斜拉桥中减震效果研究

矮塔斜拉桥有着良好的受力性能与美观性能,因此抗震设计对矮塔斜拉桥至关重要。摩擦摆式减隔震设计能够将桥梁上部结构与下部结构分离,从而延长结构的自振周期和摩擦耗能机理来降低和耗散传递到桥梁上部结构的能力。本文以靖远金滩黄河大桥(100+168+100)m矮塔斜拉桥为分析模型,利用摩擦摆式减隔震支座对矮塔斜拉桥的墩身进行减隔震研究,运用MIDAS有限元软件输入不同的地震波以检验摩擦摆系统的减震效果。分析结果证明了在矮塔斜拉桥中应用摩擦摆减隔震支座系统的有效性。     

多球面滑动摩擦隔震支座的设计原理和理论模型

介绍一种用于桥梁抗震的多球面滑动摩擦隔震支座,分析这种支座的设计原理,阐明其构造特点,分析了其工作机理和滑动隔震过程,并由此建立了该隔震支座的力—位移关系恢复力模型。理论分析表明,该支座除具备完善的减隔震支座所要求的功能之外,还构造简单、隔震机理清楚、数学物理模型明确,能够满足实际应用中简单性的要求。此外,该支座在不同强度的外部激励下,可以表现出不同的阻尼和刚度。并且具备单独优化性能,即该支座可以基于多性能目标或多水准地震,对于给定的桥梁隔震系统的各个参数分别进行优化。这两种特性使得该支座适合多水准地震动作用下,基于性能的隔震桥梁抗震设计。     

基于AMPP方法的减隔震桥梁抗震性能评估

主要研究基于推倒分析的普通减隔震支座连续梁桥的抗震性能评估方法。根据自适应的与质量成比例的推倒分析方法(AMPP)、MPA方法和时程分析方法(THA),评估了某常用减隔震支座连续梁桥的抗震性能。结果表明:AMPP方法可以成功地应用于常用减隔震支座桥梁的抗震性能评估,其对桥墩内力、支座位移和梁体位移的计算精度优于MPA方法。     

汶川地震对建筑结构设计的启示

汶川大地震造成了大量房屋建筑的破坏。本文通过对钢筋混凝土结构和砌体结构的震害研究、非结构构件的震害分析以及典型震害进行的调查归类分析,探讨了此次地震对建筑结构抗震设计的启示,总结了经验并给出了以下相关的建议：（1）适当提高抗震设防标准。（2）房屋建筑设计要更好实现“强柱弱梁”机制：改进加强楼梯间设计：进一步研究非结构构件与主体结构的连接。（3）进一步推广隔震技术。     

大跨度拱桥抗震概念设计方法

由于定量分析中存在诸多的不确定性因素,大跨度拱桥需要重视抗震概念设计。给出了国内外大跨度拱桥的典型震害并进行了成因分析。从工程场地选择、合理的桥梁结构体系和布置方案等方面探讨了大跨度拱桥抗震概念设计的总体要求。从采用高强材料、提高整体延性、设置赘余构件与设置多道抗震防线方面给出了大跨度拱桥避免地震脆性破坏的设计原则。基于雅鲁藏布江大桥,提出了主要构件与次要构件的划分方法及设计原则,阐述了拱肋选材、主梁布置、横撑及辅助墩的概念设计,给出了应用减隔震技术、具有多道抗震防线及结构分层次延性破坏的抗震概念设计方法。     

减隔震技术在连续梁桥中的应用

介绍了桥梁减隔震技术的基本原理,系统地归纳了目前常用的减隔震装置的隔震机理和力学模型。以外砂河大桥为实际工程背景,进行了采用减隔震技术的桥梁的有限元分析,介绍了下部结构的强度验算方法,研究了高阻尼橡胶支座和粘滞阻尼器对该桥引桥减隔震的效果。隔震装置采用非线性弹簧单元模拟,利用非线性动力时程分析,在该桥采用了高阻尼橡胶支座后研究其地震响应,然后与引入阻尼器后结构的地震响应进行了比较。分析表明:把桥梁结构和隔震装置作为整体结构考虑时,可达到很好的减隔震效果,使内力分配合理,并且减小结构的相对位移。     

减隔震装置在特大型渡槽中的应用

国内外特大型渡槽运用减、隔震技术的实例较少。研究大型渡槽的抗震问题,并采取安全、经济、可靠的隔减震装置,以有效减轻地震灾害的影响,具有十分重要的现实意义。通过对双洎河渡槽所采用隔减震装置——摩擦摆式减震支座的设计应用研究,和建立流固耦合有限元模型进行数模计算,分析了特大型隔震渡槽的地震反应。研究结果表明,采用隔震支座可以延长渡槽结构的基本抗震周期,横向隔振率在69%~85%之间,墩顶位移减小30%~50%左右,发挥了较好的减隔震作用,从而提高了渡槽结构的整体抗震安全性。     

带有双曲面球型减隔震支座的钢桁梁节段模型拟静力试验研究

道庆洲桥是一座公轨两用双层变高钢桁组合桥梁,采用双曲面球型减隔震支座。该支座的竖向承载力为135 000 kN,超出桥梁双曲面球型减隔震支座规范的正常标准。为了研究此桥的抗震性能及其支座性能,本文设计和制作了安装有与实桥支座的竖向承载力相似比为1∶25的双曲面球型减隔震支座的双层变高度钢桁梁节段的缩尺模型,对其进行拟静力试验。得到了整个模型在不同支座轴压比下的滞回曲线、骨架曲线、刚度和水平承载力退化、耗能能力和滑动摩擦系数等抗震性能指标。试验结果表明:不同支座轴压比下,模型的滞回曲线饱满,呈现为平行四边形;与普通双曲面球型减隔震支座相比,支座的滞回性能相同;随着支座轴压比的增加,模型的水平承载能力、累积耗能、初始刚度和滑动摩擦系数也会相应增加,但对于水平承载力退化、刚度退化和等效黏滞系数影响较小;试验模型具有良好的抗震性能。     

电气设备抗震性能对变电站系统功能的影响分析

变电站是由一系列电气设备组成的复杂系统。目前,各类减、隔震装置可以显著提升电气设备的抗震性能,然而,单体设备抗震性能的提升对系统抗震性能的影响难以量化。在前期研究的基础上,通过参数分析确定了决定变电站抗震性能的关键设备,进一步量化了提升这些设备抗震能力对变电站系统抗震性能的影响程度,研究结果表明：不同类型电气设备对系统功能的影响模式不同且与系统功能需求相关;从系统功能的角度,隔离开关、电流互感器和断路器是变电站的薄弱环节,变压器的影响不大;采用减、隔震技术提高变电站的抗震能力应重点关注关键设备。