城市独柱墩桥梁结构体系非线性抗震研究

针对城市桥梁采用的独柱墩连续梁桥具有的缺点,提出了采用两跨T形刚构桥梁的结构形式。利用非线性时程分析方法,考虑钢筋混凝土桥墩材料的非线性,对两种桥梁结构在纵向地震动作用下的非线性地震反应行为进行了分析,得到了两种桥梁结构桥墩的弯矩、剪力、位移以及塑性铰转角时程。结果表明,在同一地震动作用下,T形刚构桥墩所受弯矩小于连续梁,所受剪力大于连续梁,桥墩塑性铰的转角远小于连续梁。因此,在同等损伤程度和保证桥墩抗剪能力的情况下,T形刚构比连续梁能够承受更强的地震。     

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。     

无缝桥抗震性能的对比研究

本文以一座三跨总长60 m的整体桥为案例桥,分别试设计了同跨径的半整体桥、延伸桥面板桥和常规连续梁桥。通过Midas/Civil软件建立四种桥型的有限元模型,并对其进行了E1和E2反应谱分析和时程分析,对比了四种桥型的结构反应峰值（墩顶位移、桥墩及桩基剪力与弯矩、台底位移、桥台桩基剪力与弯矩）。计算结果表明:当桥梁存在15°的斜交角,整体桥、半整体桥在地震动沿平行于桥台长边方向及其垂直方向输入时更不利,而延伸桥面板桥和常规连续梁桥在地震动沿顺桥向和横桥向输入时更不利。四种桥型在地震作用下:整体桥抗震性能最优异,但其台底位移、桥台桩基的剪力和弯矩最大;半整体桥台底位移、桥台桩基的剪力和弯矩最小,其墩顶位移、桥墩及桩基的剪力和弯矩仅比整体桥大;延伸桥面板桥和常规连续梁桥的墩-梁相对位移远大于整体桥和半整体桥,不适用于地震基本烈度高的区域。     

速度锁定型自复位防屈曲支撑对桥梁的影响规律研究

依托某连续梁桥,建立3种不同纵向支撑形式的有限元模型,通过模态分析和动力时程分析,研究不同支撑形式对结构动力性能和抗震性能的影响规律。结果表明:在动力性能方面,与不设置纵向支撑系统相比,设置LU-SC-BRB的桥梁结构各阶振动频率不变,而设置SC-BRB桥梁模型的纵向刚度以及自振频率均有提高。在抗震性能方面:设置LU-SC-BRB的桥梁结构能够对墩底剪力、弯矩峰值以及墩顶纵向位移峰值有较为明显的控制作用;同时,设置LU-SC-BRB支撑与设置SC-BRB支撑的桥梁结构相比抗震性能好,并能避免温差等导致次内力及附加约束。     

连续梁桥纵向阻挡型限位装置防落梁效果分析

阻挡型限位装置在我国作为一种防落构造措施,没有经过计算和设计,难以对其防落梁效果进行有效评估。针对我国现阶段被广泛采用的多跨连续梁桥梁结构,采用非线性时程分析方法,探讨了阻挡型限位装置对结构地震反应的影响,结果表明:这种限位装置能够有效限制墩梁相对位移,发挥防落梁作用。但是由此引起的限位装置与过渡墩碰撞会显著增大过渡墩的地震响应,实际设计中应引起注意。安装限位装置还能够在一定程度上减小固定墩的变形,对结构进行延性设计时的变形能力也可以相应减小。本文还提出了针对40m跨径连续梁桥抗震设计时,阻挡型限位装置与过渡墩间隙的建议取值范围。     

强震作用下钢筋混凝土连续梁桥倒塌分析

钢筋混凝土连续梁桥是广泛应用的桥梁结构形式,研究其在强震作用下的倒塌模式及规律对改进和完善工程抗震设计具有重要意义。本文应用有限元法建立了钢筋混凝土连续梁桥的简化数值模型,并分别通过钢筋混凝土空心薄壁桥墩,钢筋混凝土箱梁简化模型力学行为的对比试验,以及全桥简化模型与精细化模型动力特性的对比分析,验证了所建立全桥简化模型的可靠性;对不同支座强度的钢筋混凝土连续梁桥在强震作用下的倒塌过程进行了模拟,分析了桥梁结构的倒塌模式,研究发现支座强度对连续梁桥的倒塌模式有重要影响。     

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。     

高速铁路大跨连续梁桥地震反应分析及抗震校核

针对高速铁路大跨连续梁桥的结构特点,结合三水准的抗震设防目标,给出了各水准下桥梁的抗震验算指标.采用反应谱法及弹塑性时程反应分析法对一实桥进行了地震反应分析及抗震性能评价.结果表明固定墩控制该桥的抗震设计.在多遇地震作用下固定墩处于弹性状态;在罕遇地震作用下固定墩纵向进入塑性,但位移延性系数小于规范容许值,结构具有较高的延性储备.该桥的抗震能力满足三水准抗震设防目标.     

非规则曲线桥梁地震模拟振动台试验研究

目前对于S形曲线桥梁在地震激励下的动力响应尚缺乏试验研究。以一座S形钢筋混凝土曲线桥梁工程为对象,设计和制作了一座相似比为1/20的模型桥梁,通过对模型桥震害现象以及各测点应变、加速度、位移响应的分析研究了该桥梁的抗震性能及抗震能力。研究表明:在整个测试过程中桥墩钢筋均未屈服;小震输入时,桥墩墩底加速度峰值小于墩顶,墩梁径向相对位移大于切向相对位移;大震输入时由于桥墩出现较严重的扭转,导致墩顶加速度峰值小于墩底,墩梁的径向相对位移小于切向相对位移。因此在此类桥梁设计时应严格控制桥墩扭转,防止因扭转而导致桥梁失稳破坏;同时应控制墩梁的相对位移,严防落梁等地震灾害的发生。     

地震作用下高墩连续T形梁桥梁端碰撞分析

针对高墩连续梁桥伸缩缝位置处的碰撞现象,建立考虑单边碰撞空间有限元简化分析模型,采用非线性时程分析方法研究了高墩连续梁桥伸缩缝处碰撞发生的规律.总结了梁端碰撞发生时各个桥墩、台位置处梁墩相对位移及墩底内力的变化规律,以及影响梁端碰撞的因素.研究成果对同类型桥梁抗震设计时具有一定的参考价值.     

钢管混凝土空间组合桁架连续梁桥地震响应影响分析

为揭示河谷场地"钢管混凝土空间组合桁架连续梁桥"地震响应规律,以京昆高速公路"干海子特大桥"为工程背景,建立其三维有限元动力计算模型;采用有限元与间接边界积分方程耦合法(FEM-IBIEM耦合法)进行场地反应计算,并通过多点激励(改进LMM法)方式进行地震动输入,研究行波效应、局部场地效应对其地震响应影响,并和一致激励进行比较,结果表明:该类桥梁低墩较高墩对地震动更敏感,且在墩高突变区域最为明显;较一致激励和高墩和对应梁跨,行波效应增大其墩底轴力、跨中下弦杆和斜腹杆轴力,但减小其它量测值;低墩和对应梁跨,行波效应减小其墩底弯矩、墩顶位移和跨中位移;较一致激励和行波效应,局部场地效应显著增大了大多桥墩和梁跨的位移和内力,且对墩高突变处低墩、梁跨的放大作用最为明显,因此对于河谷场地中"钢管混凝土空间组合桁架连续梁桥"抗震设计,特别是墩高突变区的低墩和梁跨,必须重点考虑局部场地效应的影响。     

强震作用下桥台对斜交连续梁桥抗震性能的影响研究

为研究强地震作用下,桥台及台后土体对斜交连续梁桥抗震作用的影响。以一座三跨连续斜交箱梁桥为依托,应用sap2000建立不同斜度的模型,针对有、无桥台两种工况,采用非线性时程分析方法,研究了纵向不同地震动强度输入下,桥台及台后土体作用对不同斜度的连续梁桥主梁和桥墩位移的影响规律,并对桥墩的延性性能进行分析。研究结果表明:桥台及台后土体的存在会抑制主梁的纵向位移,大大增加主梁梁端的横向位移,地震动幅值越大,这种作用越明显;桥台及台后土体作用会减小墩顶纵向位移和墩底纵向弯矩,降低桥墩纵向位移延性需求,提高桥墩纵向安全性,斜交角越大,该影响效果越小;桥台作用对桥墩的横向反应几乎无影响。建议在桥梁抗震设计时应考虑桥台以及台后土体的作用,并针对不同斜度的连续梁桥采取相应的抗震措施,以提高其抗震性能。     

Lock-up装置在连续梁桥上的减震性能研究

以某客运专线上大跨连续梁桥为实际工程背景,研究了Lock-up装置对结构纵向抗震性能的影响。根据Lock-up装置在地震作用下具有反复锁止的受力特点,采用非线性时程分析方法,分析了锁止速度对结构减震性能的影响。结果表明:对于大跨连续梁桥,Lock-up装置能够充分发挥活动墩的抗震承载能力,有效地提高桥梁结构整体抗震性能。当锁止速度较小时,Lock-up装置可以采用大刚度连杆模拟,并假定其始终处于完全锁定状态。但当锁止速度较高时,应考虑Lock-up装置反复锁止的实际工作特点,否则应用上述计算方法所得的结果偏于不安全。     

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。     

高烈度区大跨刚构-连续梁桥地震响应分析

为研究大跨刚构-连续梁桥在高烈度地区的地震响应,选取羊记沟左线大桥为工程背景,利用Midas软件建立多个有限元模型,考虑纵、横桥向的水平地震波输入,比较反应谱与时程分析结果,获得结构动力响应特点,为大跨刚构-连续梁桥的抗震设计提供参考依据。结果表明:刚构-连续体系仅单墩刚构时不宜采用反应谱分析,高烈度地区桥梁进行地震响应时程分析时,选用与场地适应的地震波的同时,应考虑采用本地地震参数转化人工波作为地震激励源。桥墩不等高时,可通过改变墩截面形状及其与主梁连接方式调节内力分布,避免矮墩刚度大导致的内力集中。     

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。     

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。     

行波输入下连续梁桥纵向墩梁相对位移碰撞效应分析

结合多跨连续梁桥的结构特点,提出了一种能模拟联间碰撞行为的连续梁桥碰撞分析模型.用非线性时程方法对行波输入下连续梁桥的地震碰撞反应进行了参数分析.结果表明:相邻联的周期比对短周期联位移的碰撞效应较大,考虑地震行波输入时伸缩缝处的碰撞效应可能会大幅度增大墩梁的相对位移,从而增大了地震作用下发生落梁的风险;墩梁相对位移随滑动支座摩阻系数的增大而减小.最后提出用一个碰撞效应增大系数来考虑连续梁桥相互碰撞对墩梁相对位移的影响,利用碰撞效应增大系数的概念为连续梁桥防止落梁的设计提供了一个新的思路.     

无砟轨道系统对铁路减隔震桥梁地震响应的影响

为研究轨道约束对基于摩擦摆支座桥梁地震反应的影响,结合高速铁路大跨度连续梁桥的特点,分别建立了传统抗震分析模型与线桥一体化分析模型,并进行了非线性时程分析。结果表明:(1)轨道系统放大了大跨度铁路减隔震连续梁桥各墩的地震响应,尤其是联间墩的增幅最为明显;(2)轨道系统对连续梁桥邻近几跨简支梁桥的地震反应有一定程度的降低;(3)对大跨度铁路减隔震连续梁桥进行抗震分析时,应将邻近几跨简支梁桥作为边界条件,并考虑轨道约束的影响,采用线桥一体化模型分析。     

非规则连续梁桥减隔震支座的合理布置

非规则连续梁桥墩高差异较大,地震反应复杂,传统的单固定墩抗震支座布置会使各墩之间地震力分配不合理。基于某两联三跨连续梁桥,探讨了水平地震力在非规则连续梁桥高矮墩之间的分配问题。采用非线性时程分析方法,分析了多种参数下的高阻尼橡胶支座与四氟滑板支座及板式橡胶支座与四氟滑板支座组合下各墩地震力的分配规律,并与传统单固定墩的地震力分配进行了比较。结果表明:高阻尼橡胶支座与滑板支座组合可使水平地震力在非规则连续梁桥的各墩之间得到合理分配。非规则连续梁桥可通过减隔震支座的合理布置获得较好抗震性能。