隔震与非隔震支座对混凝土箱梁桥地震易损性的影响

为评估隔震和非隔震支座对桥梁地震易损性的影响,以一座3跨连续混凝土箱梁桥为分析对象,首先建立采用铅芯橡胶隔震支座与非隔震型盆式橡胶支座下桥梁的数值模型,求得不同程度地震作用下墩顶与支座的最大位移响应;再定义转角延性比损伤指标,结合支座剪应变,分析桥墩和支座的地震易损性情况;最后通过宽界限法建立全桥地震易损性曲线。研究结果表明,支座是较容易发生损坏的构件,而桥梁系统比桥墩或支座更易发生破坏,同时铅芯橡胶支座的破坏概率明显低于非隔震型盆式支座,可见采用隔震支座能有效减小桥墩墩顶在地震作用下的最大位移,此时桥墩地震易损性优于采用非隔震支座的情况。     

桩土作用对隔震梁桥地震易损性及震后通行能力影响

为确定桩土作用对一座位于Ⅲ类场地上的110m三跨连续梁桥地震易损性曲线和震后通行能力的影响,首先建立墩底固结和考虑桩土作用2种有限元模型,选取50条实测的、符合工程场地条件的不同强度地震波作为输入,分别以桥墩墩顶和支座最大位移为目标响应,计算得到转角延性比和支座剪应变值,进而构建桥墩和支座的易损性曲线;然后通过宽界限法建立桥梁系统的地震易损性曲线,提出新的平均损伤水平值计算公式并结合易损性曲线评估该连续梁桥的震后通行能力。分析结果表明,同一地震强度下考虑桩土作用时的桥墩位移峰值比墩底固结情况大,更符合实际情况;对于桥梁构件易损性曲线而言,考虑桩土作用时支座破坏超越概率最大,但与墩底固结情况相比相差不大;采用桥梁系统地震易损性曲线评价桥梁交通流量变化更加合理,固结模型的震后交通流量评估Ⅲ类场地情况时不可忽略桩土作用对桥梁地震易损性的影响。     

多维地震下考虑桩-土相互作用的曲线桥地震响应分析

为研究曲线桥梁在多维地震激励下考虑桩-土动力相互作用的地震响应特性,本文建立了空间桩-土脱离、摩阻和土体压缩非线性理论分析模型。为简化计算将该非线性弹簧模型进行线性化处理,结合有限元ANSYS分析平台建立了黄土场地的曲线桥仿真分析模型,对考虑桩-土相互作用的曲线桥进行了多维多工况数值分析,对比研究了曲线主梁跨中弯矩、墩底剪力和弯矩及桥墩顶位移的地震响应。结果表明:考虑桩-土相互作用的曲线桥梁主梁跨中内力与地震波输入方向密切相关,三维地震作用下主梁内力最大;各工况地震荷载作用下桥墩底部径向剪力响应比切向剪力响应大很多,而桥墩径向弯矩比切向弯矩略小;同一工况下不同桥墩顶切向位移响应大小相当,而径向位移差异较大。在进行非规则曲线桥梁抗震设计时,应充分考虑多维和单维地震激励输入工况。     

基于损伤分析的旧曲线梁桥抗震性能评估

曲线桥梁在役期间可能面临地震灾害,导致结构损坏甚至坍塌,为了评估在役桥梁的抗震性能,提出基于损伤分析的曲线梁桥抗震性能评估方法。建立旧曲线梁桥有限元模型,基于损伤分析的原理,提出适合曲线梁桥地震响应特性的构件损伤模型,在全桥有限元模型中输入不同类型地震动,计算各构件的损伤指数,并结合旧桥检算系数,由各构件损伤指数综合得到桥梁的整体损伤指数。结果表明:不同地震动下主梁会发生碰撞破坏,桥梁两端的支座容易发生移位,桥墩沿横桥向或顺桥向均会产生位移;不同地震动对主梁、支座、桥墩等构件造成的损害程度有较大差异,各构件的地震响应会影响桥梁整体结构的抗震性能,其中桥墩对桥梁整体抗震性能的影响最大,桥墩位移超过极限值可能导致倒塌;主梁反复碰撞会加剧桥梁的破坏程度,桥梁两端支座在地震作用下更容易发生损坏。     

寒区环境温度对板式橡胶支座连续梁桥地震易损性影响研究

针对现行规范对寒区桥梁减隔震设计中仅考虑橡胶支座力学特性受环境温度作用影响,而忽略桥墩混凝土材料特性受温度影响的不足,以高寒地区一座两联3×30 m混凝土连续梁桥为背景,开展不同环境温度下桥墩混凝土材料抗压性能试验,确定温度对其力学参数的影响,基于试验结果对不同环境温度下的桥墩混凝土力学参数进行修正,从而建立不同环境温度下的全桥精细化非线性有限元模型,并基于增量动力分析(IDA)法探究不同环境温度下该桥的地震易损性。结果表明:极端温度引起桥墩混凝土材料参数和支座刚度的改变,使得该桥自振频率随着温度的升高而降低;地震作用下,极端低温时桥墩墩顶位移较常温增大了26.8%,而极端高温时支座位移增大了19.4%;根据现行规范计算的极端低温时支座和桥梁系统的损伤概率偏小,极端高温时结构和构件的损伤概率偏大,在设计中应予以重视;极端低温下桥墩、支座及桥梁系统的损伤概率,较常温分别增大45.0%、35.2%和27.5%,对于高寒地区该类桥梁设计时需考虑低温对其抗震性能的影响。     

土-结构相互作用下的桥墩结构地震响应

为研究土-结构相互作用下的桥墩结构地震响应问题,通过有限元数值模拟方法,利用有限元软件建立1个两跨的钢筋混凝土连续桥模型,采用时程分析法对比分析连续桥模型在不同场地条件下,桥墩结构对2种不同地震波的地震响应。证明了在进行桥墩抗震设计时,土-结构的相互作用是不能忽略的,且起到不利作用。     

SSI效应对大跨高墩桥梁弹塑性地震响应的影响

基于大型有限元分析软件ANSYS,根据大跨高墩桥梁的结构特点,利用水平和转动弹簧单元建立了考虑土结相互作用的大跨高墩桥梁的有限元计算分析模型,并结合现行的《铁路工程抗震规范》,合理地选取强震记录作为地震动输入,进行了大跨高墩桥梁的弹塑性地震响应分析。分析结果表明:较软的土质条件会导致大跨高墩桥梁弹塑性地震响应的增大;地基系数的比例系数则是影响数值计算结果增大的重要因素;土结构相互作用并没有改变地震动峰值加速度PGA对超高桥墩弹塑性地震响应的影响。研究结果可为大跨超高桥墩的抗震设计和验算提供参考。     

基于概率地震需求模型的兰新高铁桥梁近断层地震易损性分析

位于断裂带附近的兰新高铁硫磺沟大桥长期受到近断层地震作用的威胁。为分析该桥梁的地震易损性,利用OpenSees软件建立含三维土层结构的桥梁非线性有限元模型,采用增量动力分析法和概率地震需求模型,以该桥梁的4个典型连续桥墩为研究对象,考虑桥梁材料的不确定性,运用拉丁超立方抽样方法得到大量模型-地震动样本,进行非线性动力响应分析,并通过一阶界限法得出桥梁系统易损性曲线的上下界限。研究结果表明：桥梁系统抗震性能良好,在该地区的极罕遇地震动下完全破坏概率低于30%;单个桥墩的抗震性能优秀,在极罕遇地震动下完全破坏概率仅为6.92%;地震动荷载达到0.35g时桥墩处于弹性阶段与塑性阶段的临界点;相对较高的桥墩(3~#、4~#桥墩)比相对较低的桥墩(1~#、2~#桥墩)刚度更大,变形和耗能能力更强。文章评估了近断层地震作用下兰新高铁硫磺沟大桥的抗震性能,可为震前的风险预防与震后的救灾减灾决策提供重要依据。     

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。     

基于高斯过程模型的桥梁时变系统地震易损性分析

桥梁在长期服役过程中面临的氯离子侵蚀作用会导致材料性能退化,进而影响桥梁结构的抗震性能。准确评估服役桥梁的抗震性能可以有效保障和提高桥梁结构的安全性,因此开展考虑时变效应的桥梁地震易损性分析非常必要。考虑到地震易损性分析涉及大量的动力时程分析,计算效率很低,故采用高斯过程模型取代耗时的动力时程分析,旨在提高地震易损性分析效率。以一座三跨连续梁桥为例,探究氯离子侵蚀作用下桥墩材料性能的退化规律,建立纵筋、箍筋以及保护层和核心混凝土材料性能退化时变曲线;基于高斯过程模型和联合概率地震需求模型,建立桥梁系统在不同服役年限下的易损性曲线和曲面。结果表明：(1)氯离子侵蚀作用明显降低了桥墩钢筋混凝土材料的强度;(2)氯离子侵蚀作用明显提高了高等级损伤的桥梁地震易损性,结构更容易发生高等级损伤。     

曲线桥梁墩高参数动力敏感性研究

为研究曲线桥梁结构桥墩高度参数对地震响应的敏感性,借助有限元分析软件Midas Civil,通过分类处理建立边墩为变高墩和中墩为变高墩两类有限元分析模型。根据Newmark-β法对多自由度体系的曲线桥梁结构进行动力时程分析,结合曲线桥梁结构地震激励的输入基本方式,计算两类墩高布置形式下两跨曲线连续梁桥结构的基本周期、墩顶位移、主梁内力和桥墩墩底内力的变化规律,通过对计算结果分析探究桥墩高度参数和桥墩高度比参数对曲线桥梁结构地震响应的影响规律。研究结果表明:相同条件下,Ⅱ类曲线桥梁的整体刚度小于Ⅰ类曲线桥梁结构;各墩顶径向位移对桥墩高度比和墩高参数敏感性不同;中墩顶曲线主梁内力耦合机理复杂,难以用较少结构参数表征;变高墩墩底内力与曲线桥梁桥墩布置类型密切相关。研究结果可用于指导山区曲线桥梁结构的抗震分析和设计。     

强震区轻骨料混凝土桥梁地震响应研究

为研究轻骨料混凝土桥梁的地震响应,以一座强震区典型连续梁桥为研究对象,在考虑轻骨料混凝土材料特性基础上建立桥梁结构有限元分析模型,采用非线性动力时程分析法进行结构地震响应分析,研究轻骨料混凝土材料布设位置对桥梁结构动力特性和地震响应的影响,并从内力和位移响应方面与普通混凝土桥梁进行对比。结果表明:与普通混凝土桥梁相比,仅上部结构或仅下部结构采用轻骨料混凝土对降低桥墩内力并不明显,而全桥采用轻骨料混凝土能够显著降低桥墩内力。轻骨料混凝土桥梁与普通混凝土桥梁地震内力和位移响应变化趋势不同,桥墩塑性发展程度和时间存在差异。采用轻骨料混凝土桥梁方案时,应综合考虑结构质量、刚度分布及材料塑性特性与普通混凝土桥梁的不同,合理确定抗震设计方案。     

MPA方法在不同高度桥墩地震响应分析中的适用性研究

桥梁通常是线路中的控制工程,其抗震性能显得尤为重要。作为梁桥重要组成部分的桥墩,往往是地震作用下容易受到损伤的构件。结合西部山区梁桥的典型桥墩结构形式,基于纤维模型的有限元方法建立桥墩的非线性数值分析模型。采用MPA方法对不同高度桥墩的地震响应进行分析,以非线性时程分析方法的计算结果为基准研究MPA方法的适用性。计算表明MPA方法在分析高阶模态参与程度较高的高墩构件时适用性较差。     

基于模态分析和神经网络的裂缝损伤识别

提出了裂缝损伤诊断的神经网络方法,探讨了用模态技术和神经网络对混凝土结构裂缝损伤进行识别与定位的方法。文中以一简支矩形截面梁为研究对象,通过完好结构和损伤结构的有限元分析,获取两者的损伤标识量,输入BP神经网络训练。以损伤位置和裂缝高度作为输出参数,对其进行单处损伤定位的研究。数值仿真结果表明,采用神经网络方法可以对裂缝做出较好的诊断。     

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。     

钢筋混凝土桥梁地震易损性评估模型设计

桥梁作为交通中不可或缺的一部分,对其地震易损性进行研究具有现实意义。针对当前桥梁地震易损性分析方法存在准确性待提升的问题,提出基于模糊评定的钢筋混凝土桥梁地震易损性评估模型。以桥梁结构层次、材料层次及边界层几方面为主对桥梁评估过程中的不确定性参数进行分析。以分析结果为依据,考虑到桥梁损失是一个比较模糊的概念,引入模糊数学中的模糊评定方法对桥梁地震易损性进行评估。融合位移下桥梁支座损伤分析、能量下桥墩损伤分析、周期下桥梁结构整体损伤分析,构建可以反映钢筋混凝土桥梁由局部到整体的多层次模糊易损性评估模型。通过实验对所建模型进行验证,结果显示：在纵向只发生轻微破坏,且轻微破坏的概率较小,基本处于完好状态。而在横向,发生轻微破坏的概率较大,甚至还可能发生中等破坏。在地震作用下,桥梁破坏也基本以轻微破坏和中等破坏为主,严重破坏的概率很小。     

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。     

主余震作用下混凝土桥梁地震灾害损失评估方法

地震会导致重大的经济损失及人员伤亡,对混凝土桥梁造成的损失易较为严重,因此,开展混凝土桥梁地震灾害损失评估的研究具有重要的现实意义。传统评估方法主要用于变量衡量混凝土桥梁结构在主余震作用下,混凝土桥梁的响应和性态水平,但忽略了余震作用对混凝土桥梁的影响,导致对地震灾害损失评估耗时大、不准确的问题。在主余震作用下,提出基于地震灾害损失分解的混凝土桥梁地震灾害损失评估方法。采用非线性动力分析确定易损性函数,得到易损性曲线图的基础上,基于参数对数正态分布模型,分析混凝土桥梁概率地震需求;以经济损失及人口损失为指标,进行分解评估的基础上,建立混凝土桥梁地震灾害损失评估模型,达到评估混凝土桥梁地震灾害损失的目的。实验结果表明:采用改进方法进行混凝土桥梁地震损伤评估时,其评估误差率要优于传统方法,评估结果更加接近实际情况,具有一定的优势。     

强震区非对称连续梁桥地震响应及性能评价

为研究高烈度地区不等跨连续梁桥的抗震性能，依托某高速公路上一座主跨为（40+60+35）m的典型不等跨连续梁桥，建立其动力分析有限元模型，获得该桥的模态特性。在E1概率和E2概率两种地震水平作用下，同时采用反应谱分析和时程分析法，对不等跨桥梁结构的地震响应进行分析。最后根据桥墩验算截面的弯矩-曲率关系曲线，探讨该桥梁的抗震性能。研究结果表明：动态时程反应分析与反应谱分析所得的结果基本吻合，由于反应谱分析假定结构线弹性状态而时程反应分析考虑了材料的弹塑性，在E2概率水平下，两者个别响应值有较大差别；由于反应谱法是对各阶模态下最大响应的组合，动态时程反应分析是同一时刻各地震波引起的结构响应的组合，因而时域和频域计算结果会存在一些误差，频域结果偏于保守；E1、E2概率地震作用下，主桥桥墩检算截面仍然在弹性范围内工作，满足弹性设计要求。     

基于神经网络的结构震后快速损伤评估

为了利用结构地震响应观测数据在震后对结构进行损伤快速评估,本文提出了基于BP传播神经网络多参数预测震后结构损伤程度的方法。本文设计了9个不同设防烈度和层数的钢筋混凝土框架结构,利用OpenSees有限元软件进行了非线性时程分析,并用损伤指数量化了结构损伤程度。利用有限元模拟结果,创建了神经网络的数据集,训练神经网络建立了结构参数与结构损伤指数之间的映射,对比了不同参数组合预测结构损伤水平的能力,提出了最优参数组合。结果表明：此方法预测结构损伤指数准确度高,耗时短,可为建筑工程震后损伤快速评估提供支撑。