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。     

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。     

近断层地震下在役简支梁桥横向抗震性能分析

为了研究材料劣化对近断层区简支梁桥横向抗震性能的影响,揭示支座+挡块组合隔震效果随桥梁服役时间的变化规律,以汶川地震中某实际桥例为背景,考虑钢筋锈蚀和混凝土碳化的时变特点,建立了桥例非线性时变分析模型,采用时程分析研究了桥梁不同构件的劣化损伤规律,并对挡块强度的时变影响规律进行了参数分析。结果表明:随着服役年限的增长,墩柱抗弯能力不断减小,损伤程度不断加剧;材料劣化提高了挡块的相对限位能力,使得支座位移下降,但由于墩柱损伤加剧,桥梁整体抗震性能下降;挡块强度越大,其限位能力越强,但会降低支座的"隔震"效果,增大墩柱塑性变形,且服役时间越长,挡块强度的增大对墩柱越不利。当挡块强度取20%～30%支反力时,不同服役年限下的支座和主梁位移都能得到有效的控制,而桥墩也处于可修复的损伤状态,对于桥例而言是合理强度取值,且与美国Caltrans规范吻合。     

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。     

基于IDA的钢管混凝土空间组合桁架连续梁桥抗震易损性分析

以一座最大墩高110m钢管混凝土空间组合桁架连续梁桥为工程背景,采用Open Sees建立其弹塑性三维有限元动力分析模型,从PEER地震数据库中选取10条地震动记录进行增量动力分析。以典型墩最不利截面材料损伤应变所对应截面曲率为损伤指标,利用能力需求比对数函数进行回归分析,计算不同构件在不同损伤状态下的破坏概率,建立墩柱易损性曲线和支座易损性曲线。基于联合失效概率分析方法,形成了桥梁系统易损性曲线。结果表明:纵向地震作用下该类桥梁墩高突变明显时,低墩较高墩对地震动更敏感,应充分注意墩高突变区域抗震设计;高耸钢管混凝土格构墩柔性较好,在可预料地震作用下几乎不会发生严重损伤和完全破坏,抗震性能良好;该桥系统失效概率大于结构中最易破坏支座失效概率。     

近场地震作用下支座布置对连续梁桥的抗震性能影响分析

针对我国中小跨径混凝土连续梁桥的4种传统支座布置以及目前常用的5种新型支座布置形式,以一典型四跨连续梁桥为例,分别建立有限元模型并输入7组近场实测地震动,然后进行非线性动力分析。研究了在近场强震作用下不同的支座布置形式对主梁位移、支座和桥墩变形的影响,探讨了各类传统支座布置形式存在的问题,以及新型支座布置形式在改善桥梁抗震性能方面的优势。分析结果表明,近场强震作用下传统支座布置形式难以同时保证梁体位移和桥墩受力的合理性,尽管直接搁置的板式橡胶支座能大大减小桥墩受力,但在近场脉冲激励下会导致主梁产生不可恢复的滑移;采用铅芯橡胶支座的新型支座布置形式能有效协调梁体位移和桥墩受力,减小桥梁整体的破坏概率。     

考虑上部结构影响的山区桥梁支座刚度设计方法研究

为了合理计算山区桥梁支座刚度,针对桥墩高度不相同的特点,考虑上部结构对桥墩顶部的转动约束作用,提出在横桥向可将墩顶视为自由约束,而在纵桥向将墩顶视为定向约束。分别按照地震作用下各墩底剪力和弯矩相等的原则,推导桥梁支座纵、横桥向的刚度设计公式,并给出各桥墩支座的设计方法。为验证方法的正确性,以墩底剪力相等的原则为例,利用OpenSees建立一座墩高不等的5跨连续梁桥模型,并依支座刚度取值不同分三种工况:工况一各桥墩支座刚度相同;工况二按墩顶自由计算各支座的纵、横桥向刚度;工况三按墩顶定向约束计算各支座的纵、横桥向刚度。分别对三种工况下的桥梁结构输入三条地震动记录进行时程分析,考察各桥墩的底部剪力。分析结果表明:工况一各桥墩纵、横桥向的底部剪力均不相同;工况二各桥墩横桥向的底部剪力相同而纵桥向的底部剪力不同;工况三各桥墩纵桥向的底部剪力相同而横桥向的底部剪力不同。上述结果表明在桥梁支座设计时,横桥向桥墩的抗推刚度应按墩顶自由计算,而纵桥向桥墩的抗推刚度应按墩顶为定向约束计算。     

高速铁路桥梁的隔震研究

以某高速铁路桥梁为工程背景,开展了高铁桥梁的隔震研究。针对该工程现已应用的摩擦摆支座的不足,研发了适用于高铁桥梁的四铅芯橡胶隔震支座,并与我国高速铁路常用的盆式橡胶支座进行了对比分析。采用ABAQUS软件对该工程中典型五跨简支高铁梁桥建立了三维精细化有限元分析模型,分析模型中摩擦摆式支座与四铅芯橡胶隔震支座均采用双线性来模拟,盆式橡胶支座采用水平刚度较大的线弹性模型,桥墩中混凝土和钢筋采用纤维模型。对比分析了高铁桥梁当分别采用摩擦摆式支座、四铅芯橡胶隔震支座与盆式橡胶支座时的地震响应。研究结果表明:采用的四铅芯橡胶隔震支座的高铁桥梁在大震下支座没有破坏且桥墩墩顶位移、墩底弯矩、墩底曲率均得到显著降低,能确保高铁桥梁在强震下的安全性。     

中小跨径桥梁地震作用下横向损伤模式分析

为研究横桥向地震作用下板式橡胶支座对桥梁抗震性能的影响,比较了传统延性抗震设计方法与考虑支座摩擦滑移抗震设计方法的差异,采用Open Sees软件建立桥梁有限元模型,对一简支变连续梁桥进行了非线性增量时程分析,对比研究桥梁支座、挡块和桥墩的受力性能,并根据延性系数对桥梁各构件的损伤顺序进行了分析。研究结果表明:按传统延性体系设计时,桥梁破坏首先从墩底开始,在大震作用下会造成墩底发生严重损伤;考虑支座摩擦滑移时,桥梁损伤首先是支座和挡块的破坏,然后是墩柱发生损伤,支座摩擦滑移后可大大减小传递到下部结构的地震力,大震下桥墩保持弹性或只发生轻微损伤,建议桥梁抗震设计时采用考虑支座摩擦滑移的抗震设计方法。     

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。     

考虑温度影响的LRB隔震建筑地震响应分析

为研究温度对铅芯橡胶支座(LRB)性能的影响,进行支座拟静力试验。试验表明,在不同温度环境中试件的滞回曲线明显不同,支座的刚度和屈服剪力均随温度的升高而降低;低温时,支座的力学特性变化较大,而当温度大于20℃时,支座的力学特性趋于稳定。以某五层基础隔震建筑为例,编写基础隔震结构非线性时程分析程序NBIS,计算该隔震建筑在考虑温度影响后的地震响应。结果表明,在多遇地震作用下支座恢复力随温度的升高而降低,与罕遇地震下的变化趋势相反;考虑LRB温度影响后,该基础隔震结构的减震系数随环境温度的降低而增大,支座的最大位移随温度升高而增大。     

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。     

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。     

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。     

考虑支座滑移及挡块破坏的中小跨径梁桥地震易损性研究

从板式橡胶支座及混凝土挡块抗震设计角度,以一座典型的3跨预应力混凝土连续梁桥为例,结合概率地震需求分析及桥墩、支座等抗震关键构件极限破坏状态,建立不同支座及挡块分析模型的中小跨径梁桥地震易损性曲线,研究考虑支座滑移效应及挡块破坏的中小跨径梁桥的易损性特征。研究结果表明:不考虑橡胶支座的滑移效应及混凝土挡块破坏,桥墩地震破坏概率明显增大,且会低估支座破坏概率;桥梁系统易损性受支座破坏状态的影响显著,需设置合理的限位装置;在中小跨径梁桥地震易损性分析中,考虑支座的滑移效应及混凝土挡块的破坏十分必要。     

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。     

行波激励下考虑结构碰撞的非规则桥梁抗震性能研究

基于动力学基本原理,建立非规则桥梁的多自由度动力简化模型,根据拉格朗日方程推导简化模型的动力方程,结合龙格—库塔方法,采用自编程序研究行波激励下非规则桥梁综合考虑支座摩擦滑移、结构碰撞等非线性因素作用时的抗震性能。结果表明,行波效应和碰撞效应的共同作用可使矮墩的弯矩需求增大;行波激励可使板式橡胶支座位移增大,地震波最后到达的桥墩其上方支座位移峰值增加最为明显;相比高墩,地震作用下矮墩上部的板式橡胶支座易发生滑动。因此非规则桥梁进行防碰撞设计时应考虑行波激励及支座摩擦,找出相邻结构的最大碰撞力,以指导设计。     

结构参数对高低墩刚构连续梁桥体系地震响应的影响

地震作用下,相邻主梁间的碰撞会改变桥台-引桥-刚构连续梁桥结构体系的动力响应。为了探究主桥结构形式、墩高、引桥跨数和伸缩缝间距等结构参数对伸缩缝处碰撞效应和桥梁结构地震响应的影响,以某实际桥梁为背景,考虑碰撞能量耗散、桩土相互作用、桥台与台后填土相互作用以及支座和桥墩的非线性行为,采用CSIBridge建立桥台-引桥-刚构连续梁桥结构体系的有限元模型进行碰撞弹塑性动力分析。研究结果表明：不同主桥结构形式的主桥墩受力区别较大,相邻主桥墩高差较大时,选择连续梁桥结构体系更加合理。墩高增加使主引桥间动力差异增大,碰撞效应更加显著,仅对刚构墩受力影响较大。引桥跨数增多和伸缩缝间距增大分别使伸缩缝处碰撞效应增大和减小,碰撞抑制作用的增强和减弱也使得刚构墩内力和变形分别减小和增大,但对于其他桥墩基本无影响。     

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。     

车-桥-墩耦合系统演变随机振动分析

将梁简化为两端简支的欧拉-伯努利梁模型,桥墩简化为底部固结的柱,考虑两自由度车辆移动系统与桥面结构表面接触处不平整产生的随机激励,建立了移动车辆系统-桥-墩的耦合力学分析模型。根据子结构方法和演变随机过程一般理论,并应用模态分析法对车-桥-墩耦合系统进行随机振动分析,推导得到了桥墩位移、桥墩轴力、梁竖向位移协方差函数和均方值响应的理论计算公式。通过数值算例,比较了跨中位移的确定性响应和跨中位移的均方根值响应,讨论了在不同桥墩高度、不同车辆移动速度、不同桥面等级下桥梁跨中竖向位移均方根、桥墩轴力均方根的变化规律。