斜交连续刚构桥桥墩地震易损性分析

以美国西部地区某斜交公路连续刚构桥为研究对象，研究其不等高墩易损性差异以及斜交角的改变对桥墩地震易损性的影响。考虑桥梁结构参数和地震动的不确定性，选取100条地震动，沿纵桥向输入，生成"结构-地震动"样本库，以地震动峰值加速度（PGA）为强度指标（IM），利用OpenSees软件对结构进行非线性时程分析得到桥墩动力响应，而后以桥墩曲率延性比衡量桥梁破坏状态，在确定桥墩损伤指标的基础上，采用可靠度理论得到各桥墩的地震易损性曲线，判断桥墩的损伤模式、损伤特点。在此基础上，改变桥梁斜交角度进行易损性分析，得到斜交角变化对桥墩地震易损性的影响。研究表明：该桥最矮墩发生损伤的概率大于其他桥墩，桥墩最先进入塑性的是墩顶和墩底区域；不同斜交角对桥墩的地震响应影响显著，各墩损伤破坏排序与斜交桥结构构造特点有关，同一排架墩的两侧墩柱易损性呈现与角度变化趋势相反的排列，损伤越严重，趋势越明显；对于此不等高的斜交刚构桥，最矮墩为其抗震薄弱环节，斜交角越大，越应该关注钝角处矮墩的损伤情况，并提高其设计标准，在进行斜交刚构桥抗震设计中应予以重视。     

强震下高墩大跨刚构桥箱梁开裂及地震反应分析

刚构桥主梁设计时一般不考虑地震荷载,因主梁与桥墩为固结形式,实际上主梁会参与承担水平和竖向地震作用。2008年汶川地震中百米高墩的庙子坪大桥主桥为3跨连续刚构桥,出现了箱梁严重开裂等震害。为研究高墩大跨刚构桥箱梁开裂及其地震反应情况,以包括庙子坪大桥主桥在内的3座不同墩高、不同跨径的刚构桥为例,建立从施工阶段到最终成桥全过程分析模型,输入汶川地震等强震记录,接续主梁初始应力进行时程分析。结果表明:在强地震下边跨和中跨合龙段区域处顶板、底板拉压应力较大,边跨1/5～2/5区域及跨中1/4～3/4区域处腹板的主拉、主压应力也较高,局部区域已超出混凝土抗拉强度标准值,易于开裂。墩高对刚构桥的主梁的应力影响最大,跨度其次,主墩越高,跨度越大,主梁的(主)拉、(主)压应力越大。主梁开裂发生时,支座存在破坏可能,桥墩墩底也易开裂及可能屈服,这些与庙子坪大桥主桥震害情况相符。     

基于性能的RC桥梁地震易损性分析

桥梁的地震易损性分析大多数基于桥梁的破坏状态,基于结构性能的易损性分析直接给出结构对应于不同功能等级的失效概率,因此基于性能的易损性分析更具有实用价值。迄今为止,在桥梁领域尚没有基于结构性能的易损性分析,其主要困难在于定义与结构性能水准相适应的量化性能指标。基于结构极限状态定义了钢筋混凝土桥梁的4个性能水准,以目标墩顶漂移率为量化性能指标,提出基于性能的钢筋混凝土桥梁的地震易损性分析方法。由于桥墩是桥梁结构中极易受到破坏且不易更换的构件,因此常通过研究桥墩的易损性来研究桥梁结构的易损性。在地震作用下,隔震装置将会影响桥墩的易损性,但是目前缺少相关研究。以4跨连续钢筋混凝土桥梁为例,采用Open Sees分别建立非隔震桥梁和隔震桥梁的有限元模型,考虑地震动随机性,对两种桥梁进行了基于IDA(增量动力分析方法)的非线性动力时程分析。最后用文中提出的方法分别对非隔震桥梁和隔震桥梁的中墩进行基于性能的地震易损性分析,并形成易损性曲线。对比非隔震桥梁和隔震桥梁中墩的易损性曲线,分析隔震支座对桥墩易损性的影响。     

桥梁构件易损性曲面的地震动强度参数向量优选

针对目前桥梁构件易损性曲面分析中地震动强度参数向量选取的随意性,基于相关分析和多元线性回归方程评价提出了一种地震动强度参数向量的优选方法,通过降低地震动强度参数向量内部参数的多重共线性和控制回归方程的拟合优度,保证了地震动强度参数向量的充分性和有效性。基于OpenSees平台对一座连续刚构桥进行弹塑性时程分析,采用所提方法构造了桥墩的易损性曲面,验证了所提方法合理可行。分析结果表明:采用易损性曲面评价构件的震害较易损性曲线更加科学合理;同等地震强度下,桥墩墩底外缘纵向受拉钢筋屈服的概率略大于墩底部位出现塑性铰的概率,保护层混凝土被压碎的概率略大于桥墩承载能力达到极限值的概率,而墩底部位出现塑性铰的概率远大于保护层混凝土被压碎的概率。     

深水连续刚构桥地震响应分析

本文探讨连续刚构桥在深水中地震响应的特性.首先建立了地震作用下深水桥梁的运动方程,简要阐述了该运动方程的求解方法,应用该运动方程,对一座桥墩淹没水深168m的连续刚构桥进行了地震响应分析,考察了在纵向、横向激励作用下桥墩的内力响应和位移响应特征,探讨了矩形空心截面桥墩内域水、外域水对桥墩地震响应的影响,结果表明,由于墩-水相互作用,桥墩的位移和内力响应均有明显增大,对于矩形空心墩,内域水和外域水的影响应同时计入.     

多维地震作用下高铁桥梁圆端形桥墩易损性分析

圆端形桥墩在高铁桥梁中应用广泛,为研究其在多维地震动作用下的易损性,首先基于OpenSees建立了某典型三跨高铁连续梁桥的非线性动力分析模型;然后以相对位移延性比为桥墩的损伤指标,确定了固定中墩各破坏状态的相对位移延性比界限值;最后,在考虑地震动输入角的基础上,基于易损性分析方法,对比分析了固定中墩顺桥向和横桥向的地震响应。结果表明:(1)同一地震动输入角下,固定中墩顺桥向的墩顶峰值位移平均值远大于横桥向;(2)当PGA值和地震动输入角都相同时,固定中墩顺桥向达到各破坏状态的概率明显大于横桥向,因此,在设计时应优先考虑顺桥向的破坏概率;(3)固定中墩顺桥向各破坏状态易损性云图的波动性明显大于横桥向,所以地震动输入角对固定中墩顺桥向的影响不容忽视。     

主余震下近海钢筋混凝土桥墩全寿命抗震分析

我国近海桥梁具有服役期长、工作环境恶劣并且面临较高的地震作用风险等特点。本文分析了全寿命周期内高性能混凝土中氯离子腐蚀作用,采用10组相同台站记录的实际主余震记录构造出新的主余震地震序列,利用增量动力分析(IDA)和地震易损性方法分析了主余震地震序列和氯离子腐蚀对桥墩抗震性能的影响。分析结果表明:在轻微破坏状态下,服役时间和地震序列对桥墩地震易损性影响不大;在中等破坏、严重破坏和完全破坏状态下,服役时间和地震序列作用均对桥墩地震易损性有很大影响,桥墩更容易进入危险状态。     

考虑动水压力影响的单柱式桥墩地震反应分析

在Morison方程的基础上,用附加水质量法考虑动水压力对桥墩的影响,以单柱式桥墩为研究对象,以ABAQUS有限元软件为计算平台,建立了考虑桩-土动力相互作用的单柱式桥墩地震反应分析模型,考虑土体和桥墩混凝土的动力非线性特征,分析了地震动作用下动水压力对单柱式桥墩的墩顶相对墩底位移、加速度、剪力和弯矩反应的影响,并探讨了水位对单柱式桥墩地震反应特性的影响。结果表明:动水压力改变桥墩的地震反应特性,增大了桥墩顶部相对底部的位移、墩顶绝对加速度和墩底的内力,水位变化影响桥墩的地震反应特性。对于深水桥墩抗震设计计算,考虑动水压力效应、水位变化是有必要的。     

考虑行波效应的高墩刚构桥地震易损性分析

基于传统可靠度理论,结合IDA方法和大质量法,将空间效应引入地震易损性分析,提出了实现考虑行波效应的桥梁地震易损性评估方法。以一座墩高不一致的双肢薄壁高墩刚构桥为算例,建立系统近场和远场地震易损性曲线。结果表明:评估桥梁系统地震易损性时,宜考虑行波效应,否则可能高估其抗震性能;与远场地震易损性相比,近场地震易损性受行波效应影响显著;与矮墩易损性相比,高墩易损性对行波效应敏感。     

基于IDA的高墩大跨桥梁地震易损性分析

针对目前我国桥梁抗震设计规范仅适用于墩高40m以下规则桥梁的现状,以一常见山区高墩大跨连续刚构桥为研究对象,采用IDA方法分析了桥梁结构在15条地震动下的动态响应,得到桥墩各截面在所有地震动作用下的曲率包络图。以高墩最不利截面的材料损伤应变所对应的截面曲率为损伤指标,结合能力需求比对数回归分析,计算了高墩在不同损伤状态下的破坏概率,建立了墩柱易损性曲线,同时还建立了梁端支座的易损性曲线。基于联合失效概率分析方法,形成了桥梁系统易损性曲线。分析结果表明:薄壁空心墩连续刚构桥在强地震作用下高墩发生破坏的部位主要集中在墩顶和墩底区域;墩柱发生完全破坏的概率极小,但桥台处梁端活动支座的地震损伤概率较高;桥梁系统损伤概率能够更加准确地反映高墩大跨桥梁的真实抗震性能。     

高承台下自由桩长对双薄壁墩连续刚构桥地震响应的影响

为探究高承台下自由桩长对双薄壁墩连续刚构桥地震响应的影响,基于OpenSees程序建立了实桥有限元模型并进行弹塑性时程分析,通过对比不同自由桩长模型的时程曲线、峰值响应及滞回特性,分析了自由桩长对桥梁地震响应的影响。结果表明:自由桩长增加会减小桥梁刚度;地震作用下,随自由桩长增加,主梁、支座及自由桩顶的水平位移增大,且支座位移增幅大于主梁和桩顶的位移增幅,墩底内力及变形减小;地震作用下,桥梁边墩的横桥向曲率大于中墩,矮墩的纵桥向曲率大于高墩,边墩的内肢墩较外肢墩更易遭受破坏。     

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。     

考虑主余震作用的近海桥墩时变地震易损性分析

基于OpenSEES平台,以某近海刚构桥桥墩为例,选取符合场地类型的地震波,并根据地震记录构造主余震序列。运用"能力需求比"分析方法建立不同服役时间节点桥墩控制截面在不同损伤状态条件下的地震易损性曲线,研究氯离子侵蚀和主余震序列对桥墩抗震性能的影响。结果表明:同一损伤状态的超越概率随着服役时间延长和PGA增大而不断变大,且随着损伤状态等级提高,超越概率逐渐降低。轻微损伤状态下,主余震序列对桥墩易损性影响较小;中等损伤、严重破坏和完全倒塌状态下,同一服役期,考虑主余震序列作用下桥墩的超越概率相比于仅考虑主震作用明显增大。     

钢—混凝土组合连续刚构桥墩梁连接节点抗震性能比较研究

钢-混凝土组合连续刚构桥的关键在于墩梁连接节点,设计了双层钢箱混凝土、钢筋混凝土和钢管混凝土等3种不同类型墩柱的连接节点构造形式。基于OpenSees平台建立了墩柱截面纤维有限元模型,并利用双层钢箱混凝土墩柱拟静力试验结果验证了数值模型的有效性,进而基于纤维有限元模型对3种不同类型墩柱节点进行了非线性滞回性能计算分析。结果表明:纤维模型能够模拟拟静力作用下组合连续刚构桥墩梁连接的滞回性能,双层钢箱混凝土墩柱与钢箱-混凝土组合梁连接节点的整体抗震性能要优于钢筋混凝土墩柱和实心钢管混凝土墩柱与钢箱-混凝土组合梁的连接节点,建议的刚性节点构造合理和传力路径明确,可为钢-混凝土组合连续刚构桥设计提供参考。     

斜腿夹角对V形墩连续刚构桥地震响应的影响研究

为研究斜腿夹角对V形墩连续刚构桥地震响应的影响及合理斜腿夹角角度,以一座典型V形墩预应力混凝土连续刚构桥为研究对象,采用有限元分析方法研究了斜腿夹角θ对桥梁内力及位移的影响,得出了θ对结构地震响应的影响规律和变化曲线。研究结果表明:随着斜腿夹角的增加,在纵向地震力作用下,墩底纵向弯矩逐渐减小,墩顶和主梁墩顶支撑处纵向弯矩逐渐增大;在横向地震力作用下,跨中横向弯矩逐渐减小,墩底横向弯矩逐渐增大,墩顶横向弯矩基本不变;在竖向地震力作用下,墩底和墩顶竖向弯矩逐渐增大,主梁支撑处竖向弯矩逐渐减小;斜腿夹角对纵向或横向地震力作用下结构位移影响不大,对竖向地震力作用下的位移影响较大。在满足静力设计的前提下,当两斜腿夹角为90°时,结构地震响应相对较小,受力合理性最优。研究成果可为该类桥梁的抗震设计与斜腿夹角角度选取提供参考和依据。     

基于纤维模型的高墩连续刚构桥地震行波效应分析

本文基于在MSC.Marc中加入纤维模型编制的THUFIBER程序的基础上,分别采用纤维模型和三维实体单元模型模拟桥墩和上部结构,建立高墩大跨连续刚构桥有限元模型。同时,采用2008年汶川地震波,分析了行波效应对四川某高墩大跨连续刚构桥非线性地震反应的影响。结果表明：行波效应对高墩桥的墩顶位移和墩底剪力影响较大,墩顶位移减小了20%—50%;而墩底剪力增大了20%—30%。     

地震作用下高烈度区连续刚构桥参数敏感性分析

大跨连续刚构桥的参数变化对其地震响应影响较大,为了进一步研究地震作用下刚构桥各参数变化对桥梁内力的影响,以一连续刚构桥为例,采用正交数值试验的方法,以主梁跨中横桥向弯矩、墩顶顺桥向弯矩、墩底顺桥向弯矩及墩底横桥向弯矩为考核指标,分析地震作用下结构参数(边中跨比、梁底幂次、墩高比)的变化对桥梁内力的影响规律及其参数敏感性。研究结果表明:对于跨中横桥向弯矩,墩高比对其影响较大,墩高比的增加可使弯矩值最大增加28%;对于墩顶顺桥向弯矩、墩底顺桥向弯矩以及墩底横桥向弯矩,边中跨比对其影响较大,边中跨比的增加可使弯矩值最大分别增加51%、55%和52%。高烈度区的桥梁设计应重视边中跨比及墩高比的选择。     

Convex model-based calculation of robust seismic fragility curves of isolated continuous girder bridge

The convex model approach is applied to derive the robust seismic fragility curves of a five-span isolated continuous girder bridge with lead rubber bearings (LRB) in China. The uncertainty of structure parameters (the yield force and the post-yield stiffness of LRB, the yield strength of steel bars, etc.) are considered in the convex model, and the uncertainty of earthquake ground motions is also taken into account by selecting 40 earthquake excitations of peak ground acceleration magnitudes ranging from 0.125 to 1.126 g. A 3-D finite element model is employed using the software package OpenSees by considering the nonlinearity in the bridge piers and the isolation bearings. Section ductility of piers and shearing strain isolation bearings are treated as damage indices. The cloud method and convex model approach are used to construct the seismic fragility curves of the bridge components (LRB and bridge piers) and the bridge system, respectively. The numerical results indicate that seismic fragility of the bridge system and bridge components will be underestimated without considering the uncertainty of structural parameters. Therefore, the failure probability P _f,max had better be served as the seismic fragility, especially, the fragility of the bridge system is largely dictated by the fragility of LRB. Finally, the probabilistic seismic performance evaluation of the bridge is carried out according to the structural seismic risk estimate method.