从16届世界地震工程大会看可恢复功能抗震结构研究趋势

可恢复功能抗震结构是指地震后不需修复或者稍加修复就可恢复使用功能的结构,目前已成为地震工程领域一个新的研究方向,近年来受到了全球地震工程学者与工程技术人员的广泛关注。2017年1月在智利圣地亚哥召开的第16届世界地震工程大会的主题为"可恢复功能-土木工程的新挑战"。本文从摇摆及自复位结构、带可更换构件的结构两方面对本次世界地震工程大会展示的有关可恢复功能抗震结构的国际研究进展进行了总结。按照结构体系的不同,介绍了可恢复功能抗震结构在框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、桥梁结构中的研究现状。大量的试验研究和数值模拟结果表明了可恢复功能结构优良的抗震性能。在此基础上,对该领域今后的研究方向进行了展望。     

曲线桥梁摩擦滑移隔振试验及隔振机理研究

针对曲线桥梁在地震中因固定支座处及桥墩底部受力过大而破坏严重的现象,提出考虑支座摩擦滑移隔震的曲线桥梁抗震设计方法,通过大型振动台模型试验,研究曲线桥梁考虑支座摩擦滑移时的隔震机理。试验结果表明:支座摩擦滑移可有效减小地震作用下曲线桥梁的桥墩加速度响应,但同时会增加桥墩与梁体间的相对位移;曲线桥梁进行隔震设计后,桥墩的应变响应明显减小,证明该设计方法可有效避免地震作用下桥墩底部产生较大的损伤;最后,探讨了考虑支座摩擦滑移时曲线桥梁的隔震机理并与震害进行了对比验证。研究成果可为曲线桥梁的减震隔设计提供新的视角。     

温度对铅芯橡胶支座隔震桥梁抗震性能的影响分析

为了研究温度对铅芯橡胶支座（LRB）隔震桥梁抗震性能的影响,以一座七跨连续梁桥为对象,考虑LRB在夏季和冬季不同温度下的力学特性,利用OpenSees对桥梁抗震性能进行研究。通过对不同温度下墩柱、支座及桥梁系统的地震易损性分析,获得了温度对铅芯橡胶支座隔震桥梁抗震性能的影响。结果表明:（1）与夏季相比,冬季低温降低了桥墩的延性及LRB的剪切变形和耗能能力,使地震作用时墩顶位移和支座变形均小于夏季,降低了LRB的减震效果;（2）冬季低温增大了地震作用时桥墩、LRB及桥梁系统在各个破坏状态的损伤概率,在中等及严重破坏状态时损伤概率相比夏季分别增加了8%和15%。在寒冷地区进行LRB隔震桥梁设计时,应考虑低温导致的LRB隔震效果降低对桥梁抗震性能的影响。     

结构减震隔震设计最优化问题研究

针对结构抗震减震隔震设计结构动力学基本方程,进行了基本结构刚度、阻尼和质量三方面减震隔震设计问题特征分析,专门指出刚度和阻尼的减震隔震设计研究已经有规范规定,但对减轻结构质量的减震隔震设计仍是需要深入研究的创新问题。目前采用新材料进行设施农业结构减震隔震设计,特别是采用玄筋混凝土现代无金属结构进行结构抗震减震隔震设计,结构最优化设计的实现便有了新契机,且容易实现抗力均匀分布,将较为彻底地解决地震工程的最优结构抗震问题。     

强震下港珠澳连续梁隔震桥抗震性能研究

以实际港珠澳大跨度连续梁隔震桥为研究对象,采用纤维塑性铰单元模拟钢筋混凝土桥墩的非线性状态,建立其三维全桥有限元模型,对隔震及非隔震桥梁进行时程分析,采用桥墩曲率延性比和支座极限容许位移作为桥梁损伤破坏指标,定量评价隔震及非隔震桥梁在罕遇和极罕遇地震作用下的抗震性能,探讨隔震桥梁和非隔震桥梁的破坏模式;并研究材料非线性对桥梁结构地震响应的影响。研究结果表明：是否考虑材料非线性,对非隔震桥梁结构地震响应影响较大,对隔震桥梁影响较小;强震下隔震桥梁抗震性能明显高于非隔震桥梁,且破坏模式也不同于非隔震桥梁;隔震桥梁很好地保护桥墩构件,桥墩未发生任何损伤,而非隔震桥梁其桥墩在极罕遇地震作用时进入了严重破坏状态,且桥墩构件先于盆式支座发生损伤破坏。     

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。     

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。     

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。     

大跨铁路钢桁连续梁桥减隔震方案比较研究

为研究适用于大跨铁路钢桁连续梁桥的减隔震方案及合理优化参数,以一座全长504 m的三跨铁路钢桁连续梁特大桥为工程背景,使用非线性结构分析软件SAP2000建立有限元模型,采用快速非线性分析方法分析对比摩擦摆、阻尼器、速度锁定器等减隔震方案在各种装置参数下的减震效率。研究表明:由于大跨铁路钢桁连续梁桥墩身自振导致的地震力较大,摩擦摆方案内力减震效率一般,同时墩底内力对滑动面半径变化并不敏感,在选取滑动半径时应更多地考虑行车平顺性和梁端位移值的限制。速度锁定器会极大地增加此类桥梁地震输入能量,不适用于此类桥型。阻尼器方案对活动墩内力减震效果明显,但不能有效降低固定墩内力。摩擦摆支座附加阻尼器组合减震方案能有效控制此类桥梁的内力和位移响应。研究结论可为大跨度钢桁连续梁桥减隔震设计提供参考。     

一种墩底隔震高架桥梁结构体系

基于可快速修复的理念,提出一种墩底隔震的城市高架桥梁结构体系。探讨了新型结构体系的设计原则、施工难点和独特的抗震构造措施。以某高架桥为实例,将新型体系和传统的墩顶隔震体系进行对比研究。结果表明:与墩顶隔震体系相比,新型体系的支座位移和桥墩最大弯矩基本相同,但是对桩基的抗震要求有很大程度的降低;新型体系的整体性更好。     

自复位高墩振动台模型试验

为探讨自复位桥墩的地震反应,以某简支梁桥为工程背景,设计并制作了一个缩尺的模型桥梁。通过白噪声扫频获得了自复位桥墩的动力特性及其变化规律,选取El-Centro、Mexico和Chi-Chi强震记录作为地震动输入,进行振动台模型试验。试验记录了墩顶的加速度和位移反应,考查了地震动强度、频谱特性及预应力钢筋及其初始预加力对模型桥墩动力特性及摇摆反应的影响。试验结果表明:墩顶水平加速度反应随地震动强度及初始预加力的提高而增大,墩顶位移反应受地震动的强度、频谱特性及初始预加力大小影响较大。墩底提离面轻微损伤会明显降低体系的整体水平刚度,初始预加力则能提高体系整体水平刚度,桥墩的阻尼比随体系的水平刚度增大而减小。强震下自复位桥墩发生了预期的提离摇摆,震后墩底提离面出现轻微损伤,墩身无裂缝产生,结构具有良好的抗震及自复位性能。振动台试验结果验证已有文献的数值分析结论,振动台试验数据可用于数值模型校核或修正。     

立式储液容器自复位隔震体系的研究

本文针对储液容器建立了自复位隔震体系,给出了简化分析学模型和相应的振动方程,进行了三万立方米储液罐地震动试验合模拟实验,实验结果表明,该隔震体系对短周期水平地震激励有显著的减震效果．文中并对隔震体系提出了设计思想和分析方法。     

水平地震作用下高架桥与地铁结构的相互影响研究

为了研究水平地震作用下桥梁结构及地铁设施的相互影响,以山西省太原市解放路改造工程为依托工程,分别建立了高架桥、地铁站、高架桥及地铁设施组合结构的三维动力有限元模型,并考虑设置碎石隔震层,进行不同工况下结构的抗震性能分析。结果表明:由于碎石层的缓冲隔震作用,组合结构中高架桥的桥墩内力更小,且地震作用越大时,内力减小程度越大;另一方面,高架桥的建造对地铁结构的抗震性能影响较小。此外,对于桥梁结构而言,碎石层的厚度变化对桥墩内力有一定影响,但影响程度较小;而对于地铁结构而言,碎石层厚度越小,地铁柱剪力弯矩值往往会越大,但增加幅度有限。     

应用SMA复合橡胶支座的桥梁隔震

本文提出了一种基于形状记忆合金的复合橡胶支座（简称SMA复合橡胶支座）的智能桥梁隔震系统，应用SMA复合橡胶支座对一受El Centro地震激励的多跨简支桥的一标准跨进行了时程分析，并与应用普通橡胶支座进行了减震、隔震效果的比较，结果表明，应用SMA复合橡胶支座隔震，不仅能取得更为显著的减震、隔震效果，而且能使地震后隔震桥梁的梁体得以复位，从而验证了SMA复合橡胶支座在桥梁隔震中的有效性、智能性和自恢复能力。     

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.     

地震可恢复性与非结构系统性态抗震研究略述

地震可恢复性研究已成为地震工程学和防灾减灾领域的细化深化热点研究方向,与之相关的非结构系统抗震性能决定了工程建筑的功能性水平,是地震可恢复性研究的重要关键环节,已受到广大地震工程研究人员的高度关注。围绕16WCEE会议发表的相关研究成果,本文介绍了地震可恢复性的基本概念及其发展演变、建筑设施及社区地震可恢复性概念与框架的研究进展,对地震可恢复性评价方法、与之相关的各类非结构系统构件性态抗震评估与试验方法、设计方法与抗震装置的最新研究成果进行了梳理总结,对地震可恢复性以及相关联的非结构系统性态抗震研究发展方向提出了建议。     

基于IDA分析的深水隔震桥梁抗震性能评估

考虑地震动水压力和波浪效应的共同作用,建立了隔震桥梁的弹塑性有限元分析模型,从太平洋地震研究中心(PEER)的数据库中选取17条天然地震记录对桥墩、铅芯橡胶支座(LRB)进行了IDA分析,通过对IDA曲线的统计形成了桥墩和LRB的概率分位曲线,进而对桥墩、LRB及桥梁系统进行了抗震性能评估。分析得出,基于IDA的抗震性能评估曲线不仅能够清楚地反映出隔震桥梁在不同强度地震下的损伤状况,也能够结合结构所定义的极限状态评估出结构能够抵抗地震等级的大小。桥墩和LRB在17条天然地震动作用下的IDA曲线都表明,随着地震动加速度峰值的增加,各曲线的离散程度愈明显;LRB和桥墩抗震性能的评估显示,LRB在加速度峰值0.1g左右时开始进入屈服阶段,先于桥墩和桥梁结构破坏,故能够起到保护桥梁的作用。     

近断层地震动下设置BRB的双向减隔震桥梁地震反应

在近断层地震动下桥梁结构将发生较大反应,减隔震设计是减轻地震损伤的重要手段。提出了在桥梁双柱墩横桥向设置防屈曲支撑(BRB),在纵桥向设置铅芯橡胶支座(LRB)的双向减隔震体系。利用Midas Civil软件建立3种不同减隔震方式的桥梁结构模型:LRB仅单向,LRB双向与LRB联合BRB,运用非线性时程分析方法计算了桥墩反应(墩顶侧移角、残余位移角和曲率延性)、LRB支座变形和BRB的耗能特性等。结果表明:在近断层地震动输入下联合设置LRB和BRB的双向减隔震桥梁减震效果明显,相比其它2种方式,能有效降低墩柱的塑性变形及起到保护桥墩的作用。在横桥向,桥墩最大侧移角、残余位移角和最大曲率延性系数都显著降低。     

高强钢筋ECC-RC复合桥梁地震易损性分析

考虑高强钢筋、ECC等高性能材料在桥梁工程中的推广应用,针对普通钢筋混凝土桥墩抗震性能相对较差的情况,研究高强钢筋ECC-RC复合桥墩的桥梁抗震性能。通过OpenSees平台建立普通RC桥墩桥梁、ECC-RC复合桥墩桥梁及高强钢筋ECC-RC复合桥墩桥梁非线性有限元模型,采用增量动力法和"能力需求比"分析方法建立桥梁各构件及系统的地震易损性曲线,探讨高强钢筋及ECC对桥梁抗震性能的影响。研究表明:ECC-RC、高强钢筋ECC-RC复合桥墩及其桥梁系统的地震易损性均有改善,且高强钢筋ECC的改善效果更显著,高强钢筋ECC-RC复合桥墩支座的地震易损性有所降低,高强钢筋及ECC的应用有助于提高桥墩和桥梁系统抗震性能和安全性,特别是在中震及大震作用下这一现象更加明显。     

层间隔震技术评述

层间隔震结构是隔震技术的新发展,它将隔震层设置在建筑物某层柱子和楼板之间进行结构的地震反应控制。层间隔震结构在减震机理、振动特性以及设计方法等诸多方面有别于基础隔震结构和屋盖隔震结构。本文对层间隔震结构的适用范围、优点以及其在实际工程中的应用情况进行了综述,最后,指出了层问隔震结构需要进一步研究的问题。现有的研究成果和工程应用情况表明,层间隔震结构具有明确的减震效果,施工方便,是一种具有发展前途的减震体系。