大跨曲线桥多点激励下的地震响应分析

用相位谱表征地震动频率的非平稳特性,用相干函数表征地震动空间变化的不相干效应,采用随频率变化的等效相速度代替随意给定的视波速表征地震动的行波效应,生成了具有强度和频率非平稳特性的多点地震动。将这种考虑时间和空间变化的地震动在水平方向作用于5跨高墩连续刚构曲线桥桥墩基础处,计算了墩顶位移及墩底内力,分析了大跨曲线桥多点输入中不相干效应和行波效应对结构响应的影响。结果表明考虑地震动空间变化特性的墩顶位移峰值多数显著大于一致激励。相干性显著增大了激励方向墩底的动内力,但对拟静力位移差动产生的内力有时增大有时减小,两者叠加后的总内力峰值多数大于一致激励。     

地震动相干效应对高墩大跨铁路桥梁的动力响应影响

地震动相干效应会导致桥梁结构的动力响应有别于一致激励。为了研究相干效应对高墩大跨桥梁这种重要构筑物动力响应的影响,以西部某高墩大跨连续刚构铁路桥实际工程为研究对象,利用相位差谱人工地震波合成技术,建立了考虑相干效应的高墩大跨桥梁数值分析模型。对比分析了纵向和横向地震激励下,部分相干效应对结构动力响应的影响,并与一致激励的情况进行了对比,研究了不同工况下主梁和桥墩内力响应的变化规律。结果表明:纵向激励下,部分相干效应对连续刚构桥高墩影响明显,其弯矩、剪力和相对位移均为最大值,墩高对其非常敏感,且会增大该桥伸缩缝位移响应;横向激励下,部分相干效应对连续梁桥体系的桥墩剪力、弯矩和位移响应有明显放大作用。     

多点激励下LRB隔震桥梁地震反应分析

研究了地震地面运动多点激励，即空间变化效应对装有铅芯橡胶支座（Lead Rubber Bearing）的连续梁桥地震反应的影响。首先，利用三角级数法生成了拟合规范反应谱的多点人工地震动时程；然后利用非线性时程分析法数值仿真并比较了某五跨LRB隔震连续梁桥在一致激励、仅考虑地震动行波效应、仅考虑地震动部分相干效应、同时考虑行波和部分相干效应以及同时考虑行波、部分相干和局部场地土效应等七种工况下结构的减震效果。行波效应和部分相干效应对铅芯橡胶支座隔震桥梁影响不大，而局部场地土效应对该类桥梁的地震反应分析影响很大，应该引起重视。     

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.     

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。     

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%。     

基于场地效应的高墩大跨铁路桥梁地震响应分析

场地条件对地表地震动有着显著的影响,本文以西部山区某高墩大跨连续刚构铁路桥梁为研究对象,利用傅里叶变换合成人工地震波并采用时程分析法研究了多维地震动作用下场地效应对该桥抗震性能的影响。不同场地分布的参数分析表明:场地越软,高墩大跨连续刚构铁路桥地震响应越大;最高墩的场地条件对高墩铁路桥梁的地震响应起着控制作用;最高墩处于D类场地或结构处于Ⅳ类场地组合时,次高墩的纵向地震响应远大于最高墩的地震响应;矮墩在Ⅳ类场地组合时,横向地震响应会超过次高墩。因此,在进行此类桥梁抗震设计时,要充分考虑不同场地条件及场地分布对其地震响应的影响。     

行波效应对连续曲线箱梁桥地震反应的影响

对于目前在城市立交和高架桥建设中应用广泛的多跨连续曲线箱梁桥,不考虑地震动行波效应的影响已经不能满足工程抗震的需要。针对一座七跨连续曲线箱梁桥考虑行波效应时的地震反应,采用大型有限元分析程序ANSYS,选取空间梁单元建立动力计算模型,研究了连续曲线箱梁桥的动力特性;并选取了E1 Centro地震动,考虑三种工况组合进行了多点激励与一致激励下的地震时程反应分析,给出了曲线箱梁和桥墩的内力、位移时程反应。结果表明:桥墩的刚度对连续曲线箱梁桥的动力特性影响较大,低阶频率和振型对桥墩变形的影响明显大于曲线箱梁;连续曲线箱梁桥在多点激励与一致激励下的地震反应差别较大。     

SV波入射下地形条件对大跨刚构桥地震响应的影响

计算了SV波在3种角度入射下两座山峰及其间自由场地的时程响应, 并以此作为两座山峰之间大跨桥的桥台及桥墩基础处的多点地震输入.这种地震输入考虑了行波传播效应和地形效应的综合影响. 然后基于多点激励下桥梁地震响应分析方法, 计算了地形条件下总长440 m的高墩连续刚构桥的墩顶位移及墩底内力, 并与忽略地形条件仅考虑行波效应时结构的响应进行了对比分析. 该结果可为建于复杂地形条件下结构的抗震设计提供参考.      

地震动空间变异性对千米级斜拉桥结构随机地震反应的影响

基于随机振动理论,以苏通长江公路大桥为背景,对超大跨度斜拉桥在随机地震荷载作用下的动力响应展开研究,详细分析地震动空间变化特性对千米级斜拉桥结构动力响应的影响.研究结果表明:相干效应对主梁纵向弯矩影响比较大,尤其是中跨部位;而局部场地效应相对影响较小.对于主梁轴力而言,行波效应影响较为显著,主梁轴力的最大值增大约70%之多,但对竖向剪力并无突出影响.与一致激励比较,行波效应使得跨中竖向位移均方根增大约74%,相干效应为60%,而局部场地效应为13%.对于不同的内力和位移响应,地震动空间变化特性的影响程度和规律不尽相同,必须区别对待,具体问题具体分析.     

地震动的空间变异性对多支承结构的影响

导致地震动空间变异性的原因主要在于：几何不相关性效应、行波效应、局部场地条件效应。利用时程分析的方法分析了单跨框架结构和美国Las Vegas市区内某24跨立交桥的简化模型，对地震动空间变异性三个主要因素的单独影响、综合影响分别进行了系统分析。结果表明地震动的空间变异性改变了一致激励下结构的动力反应，并且引入了一致激励情况所不存在的拟静力反应，对结构的总反应具有很大的影响。与较激励的情况相比，结构的反应可能增大，也可能减小，这依赖于结构上截面位置、场地条件和所采用的地震动时程样本。     

考虑场地效应的非一致激励下桥梁地震响应特点分析

本研究拟从常规桥梁（跨径不超过150m且桥长不超过600m）出发,考虑局部场地效应,对某工程场地的地震反应进行三维动力有限元分析。将计算得到的地表地震动作为桥梁桥墩处的非一致输入,然后再通过有限元时程分析计算得到桥梁的地震反应。通过与一致激励及考虑行波效应激励的地震反应计算结果进行比较,得出以下结果:由于局部场地条件对地震动的频谱、峰值加速度都有影响,与一致激励相比,考虑局部场地的非一致激励对于桥梁的下部结构反应影响较小,而对于上部结构响应影响明显;考虑行波效应的非一致激励对于桥梁地震响应有减弱效果。研究结果表明,仅考虑行波效应引起的地震动非一致性开展桥梁地震响应分析并不具备保守性。     

非一致场地大跨度斜拉桥的地震响应分析

大跨度斜拉桥支承处的地质条件较复杂,地震波的传播特性不同,一致激励分析方法不符合实际情况。本文以主跨为680m的某大跨度斜拉桥为例,建立数值有限元模型,分析了一维及三维随机地震动激励下,同时考虑局部场地效应的地震响应规律,并将二者的数据作了对比分析。结果表明:与同为硬场地条件下相比,同为软场地条件时,纵向地震动激励下,主梁纵向位移增大了217%,横向地震动激励下,主梁的横向位移增大了89%,三维地震动激励下,主梁的纵向位移和横向位移分别增大了218%和92%;三维地震动激励下较一维地震动激励下结构响应大,因此,大跨度斜拉桥抗震研究应充分考虑地震动的多维性与局部场地效应的影响。     

考虑河谷场地效应的大跨CFST拱桥地震响应分析

本文对某特大跨上承式铁路钢管混凝土拱桥建立“V”型河谷场地有限元动力计算模型,结合时空解耦的时域动力有限元方法,研究“V”型河谷场地效应对其地震响应的影响,并考虑地震入射角、行波速度及地震动峰值等因素对场地效应的影响。结果表明:海拔高且坡度均匀的地形使地震波在反射过程中能量增大,海拔较低且坡度下陡上缓的地形使地震波在反射过程中能量减少,“V”型河谷场地效应使大部分钢管混凝土拱圈截面内力测量值放大作用明显;“V”型河谷场地地形效应与地震波的入射角、行波速度及加速度峰值等因素均有关联,且CFST拱肋面外受弯抗震性能受行波速度的影响较大。因此,钢管混凝土拱桥抗震设计中应注意场地地形效应及行波速度的影响。     

黏滞阻尼器在某大跨度钢桁架铁路梁桥中的应用研究

以某大跨度的铁路钢桁架连续梁桥为工程背景,基于有限元软件SAP2000建立其三维有限元模型,采用非线性动力时程分析方法分析了在罕遇地震作用下黏滞阻尼器对大跨度高墩连续钢桁架梁桥的减震效果,研究了黏滞阻尼器参数对减震效果的影响规律。研究结果表明:通过对黏滞阻尼器的合理布置和参数优化可以有效减小大跨铁路桥梁的主梁位移和墩底内力,显著改善其强震下的抗震性能。     

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。     

长联大跨摩擦摆支座隔震连续梁桥多维地震反应分析

结合长联大跨连续梁桥的特点,以1座(65+123+156+123+10×90+55)m长联大跨摩擦摆支座隔震连续梁桥为背景,建立了全桥三维有限元模型,运用非线性时程分析法,分析了地震动输入模式、地震动强度、摩擦摆支座参数对该桥内力、位移和能量响应的影响。研究结果表明:(1)长联大跨连续梁桥布置摩擦摆支座,可有效延滞固定墩顶有效主梁质量效应,实现全桥协同抗震。大部分地震能量可通过支座滞回耗能散耗,大幅降低了该桥固定墩地震能量耗散需求。(2)长联大跨连续梁桥减隔震设计中,建议采用水平单向+竖向地震组合进行内力设计,采用三向地震组合进行位移设计。(3)强震作用下,支座摩擦因数取0.029~0.034时该桥隔震性能最优。     

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。     

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。     

宽河谷非均匀工程场地非线性地震反应空间变异特征研究

针对宽河谷非均匀工程场地地震动响应的空间差异性,以长江下游宽河谷场地为研究对象,建立了宽河谷非均匀场地非线性地震响应的静、动力耦合有限元分析模型,考虑了行波效应和上覆水压力的影响,分析了场地地表及地层不同深度处地震反应空间变异特征。结果表明：场地地表不同位置处地震动参数差异明显,其变化规律与地形起伏相一致,且在多级边坡坡顶、地形起伏较大处地震动参数产生突变,揭示了宽河谷非均匀场地地震动响应空间的差异性;场地地表的反应谱表现出“多峰”、“宽周期”等特性。将计算结果与不考虑地形的简化模型计算结果进行对比分析,验证了非均匀宽河谷场地需要充分考虑地形和土层非均匀的必要性。