人字形曲线梁桥振动台试验研究

为研究人字形曲线桥梁在地震输入下的地震反应特性,按1/20的几何比例设计制作了一座人字形曲线桥模型,进行了单向和多向输入下的振动台试验。研究了人字形桥梁结构在地震作用下的震害现象,以及多向输入对梁跨中及邻梁碰撞响应的影响。结果表明:梁体和桥墩主要表现为以弯曲裂缝为主的破坏模式,墩梁相对位移随着地震烈度的增大而增大;梁跨中加速度响应在三向和双向输入下都较单向输入为大,双向和三向输入都会使邻梁间的相对位移较单向输入时增大,更容易使结构发生碰撞;人字形桥梁结构地震响应不但与地震波输入方向有关,且与输入地震波的频谱特性和结构的形式及自身特性有关。     

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。     

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。     

断层走向对刚构桥地震反应的影响

我国西部部分连续刚构桥临近地震断层建设,在抗震分析时通常会忽略断层走向与桥梁纵桥向夹角对其地震反应的影响。利用Midas Civil软件建立4座墩高不同的大跨度连续刚构桥模型,选取10组近断层强震记录进行时程分析,研究断层走向对刚构桥地震反应(位移和弯矩反应)的影响。结果显示：在水平双向近断层地震动输入下,桥梁主墩及主梁纵桥向地震反应在断层走向与纵桥向夹角为75°～135°范围内最大,而横桥向最大地震反应则发生在夹角为0°～30°或120°～180°范围;在三向近断层地震动输入下,与仅考虑水平双向地震动输入下的桥梁地震反应相比,竖向地震动对主梁竖向弯矩响应的影响较大,特别是主墩和主梁的交界处,增大比例可达2倍及以上。就文章选取的4座桥梁算例,不考虑断层走向和桥梁纵桥向的夹角则存在低估桥梁地震反应的可能,低估误差在15%～40%左右。     

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。     

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。     

考虑支座摩擦滑移的非规则曲线桥梁抗震性能研究

为研究支座摩擦滑移对非规则曲线桥梁抗震性能的影响,建立考虑支座摩擦滑移的非规则桥梁空间耦联模型,研究支座刚度及支座摩擦系数对其地震响应的影响。结果表明:支座摩擦滑移可以明显消耗地震能量,降低墩底弯矩,有效避免桥墩墩底塑性铰的形成;支座摩擦系数和初始刚度的选择对非规则曲线桥梁加速度减震率及梁体位移影响较大,应根据参数最优匹配的方法选取其最优组合。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

四渡河大跨悬索桥空间地震响应分析

非一致激励输入对大跨结构响应有着较大影响。本文以四渡河悬索桥为背景,首先根据该桥动力特性对规范反应谱进行调整,基于修正反应谱并考虑相位非平稳性合成地震动位移;然后编制了调索程序来确定有限元模型的初始平衡构型;采用时程法,分别分析了在纵桥向、横桥向以及竖向的非一致激励(行波输入、多点输入)下的悬索桥地震响应。计算结果表明,纵向非一致激励输入增大了悬索桥的地震响应,横向、竖向非一致激励输入的影响有增有减。     

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。     

多维多点激励下考虑支座摩擦滑移及结构碰撞的非规则桥梁抗震性能研究

以一座典型山区非规则梁桥为研究对象,建立了该桥梁多维多点激励下的多自由度动力计算模型,研究了该桥梁在多维多点激励下考虑支座摩擦滑移及结构碰撞等非线性因素时的抗震性能。研究结果表明:相比一维地震输入,多维地震可使结构的动力响应增加,桥墩底部弯矩需求增大;相比一致激励,多点激励可使得支座的位移需求增大,且地震波最后到达的桥墩上方支座位移最大;同时考虑多点激励和碰撞效应可使桥墩的弯矩需求增加;水平地震作用下,矮墩上部的支座容易滑动,且双向地震较单向地震更明显,三向地震输入较双向有所增强。因此,对山区非规则梁桥进行抗震设计时应有针对性地进行多维多点地震输入计算,找出结构的最大地震需求,以期指导设计。     

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.      

考虑支座摩擦滑移及结构碰撞的非规则人字形桥梁地震响应分析

针对非规则人字形桥梁在地震作用下灾变严重的问题,以一座非规则人字形桥梁为研究对象,建立其空间分析模型,研究综合考虑支座摩擦滑移、结构碰撞对非规则人字形桥梁地震响应的影响。结果表明:邻梁间的碰撞作用可使得桥梁墩顶位移及内力相比不考虑时有所减小,但同时也使梁体产生了较大的加速度脉冲效应;当考虑支座摩擦滑移和结构碰撞时,固定墩墩顶位移和邻梁相对位移峰值有一定程度增大,然而对梁体加速度脉冲效应结果影响并无统一规律;纵向地震波作用下,非规则人字形桥梁不仅存在顺桥向的碰撞,横桥向的碰撞响应也不容忽视。非规则人字形桥梁进行抗震设计计算时应选取符合实际情况的计算模型,考虑支座摩擦滑移及结构间的碰撞。     

考虑桥墩强震损伤的连续梁桥半主动控制策略

在连续梁桥的智能控制研究中,大多以控制梁的加速度和墩顶与梁间的相对位移为目的,而忽略了对桥墩损伤的控制。本文提出一种改进的半主动控制策略,通过在限界Hrovat最优半主动控制算法中引入桥墩的损伤指数,使桥梁的地震反应和桥墩的损伤同时得到控制。本文以一设置了磁流变(MR)阻尼器的两跨连续梁桥为研究对象,采用MATLAB进行数值模拟分析,对所提出的半主动控制策略进行了多种工况下的验证。计算结果表明,采用考虑损伤的半主动控制策略,能够在较好控制桥梁地震反应的同时,有效降低桥墩在强震过程中的损伤指数。     

高速公路近断层桥梁方案选择及抗震分析

结合一跨越断裂带的高速公路桥梁,通过引入墩梁相对位移和桥墩应力为对比判据,确定以简支梁桥为跨越断裂带的桥梁方案。针对选定的简支梁跨越断裂带方案,选取2条1999年集集地震中具有近断层脉冲效应的地震加速度时程,建立了考虑桥墩塑性特点的空间有限元数值模型,研究了近断层效应下桥梁的地震反应。研究表明,考虑近断层脉冲效应影响的墩顶位移、墩底弯矩和墩底剪力等力学指标呈现出局部突变的特点,因此桥梁设计中考虑断层影响是非常必要的。