曲线桥梁摩擦滑移隔震性能分析及试验研究

为探讨曲线桥梁的隔震性能,应用摩擦滑移隔震理论,研究了摩擦滑移隔震橡胶支座在两种典型工作状态下支座的受力、变形和位移关系,建立了摩擦滑移本构关系,推导并分析了摩擦滑移支座的计算方法和耗能机理。结合振动台试验,分析了不同场地类型地震波、不同等级加速度荷载对不同刚度桥墩的破坏规律及隔震效果的影响。研究表明,桥墩裂缝开展主要以弯曲裂缝为主,桥墩刚度对裂缝开展部位影响较大;支座以剪切破坏为主;强震作用下,主梁加速度响应与地震波类型基本无关,而与支座和主梁间的摩擦系数有关;随着荷载等级的增大,摩擦滑移隔震支座的隔震效率提高。     

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。     

大型滑移基础隔震储罐地震反应影响因素研究

采用Bouc-Wen微分连续性模型模拟滑移支座的力学性能,对大型滑移基础隔震储罐非线性地震反应进行了仿真分析,得到了不同类型场地上大型滑移隔震储罐的地震响应特点,总结出了支座摩擦系数、复位刚度以及地震强度等因素对地震反应的影响规律.研究结果表明:大型滑移隔震储罐不适合建立在Ⅰ类场地上,而在Ⅱ类场地上减震效果最好.在Ⅳ类场地上隔震储罐出现晃动波高放大现象,并且需要增大支座摩擦系数和设置复位装置来控制过大位移反应.增大滑移支座复位刚度可以显著降低支座的残留位移.大型滑移隔震储罐在高地震强度地区的减震效果更好.     

采用板式橡胶支座的连续斜梁桥横向抗震行为研究

为了提高采用板式橡胶支座的斜梁桥横向抗震能力,揭示其在不同设计参数下的横向抗震行为,考虑板式橡胶支座的滑移、钢筋混凝土挡块的滞回力学性能、桥台-背土效应等非线性因素,采用OpenSEES建立某连续斜梁桥的三维分析模型,提出支座位移评价指标、主梁平面转角指标、墩柱曲率延性指标和抗剪指标,研究不同挡块强度和间隙组合下桥梁的横向抗震性能。研究表明:同时增大挡块强度和间隙,总体上会降低支座的横向变形,但会增加其纵向变形;挡块强度越高,主梁的横向位移有所下降,但平面转角越大,对两侧桥台处的支座抗剪越不利;挡块强度越高,间隙越小,墩柱越有可能进入弹塑性状态。在本文桥例中,当挡块强度取40%支反力,间隙取0.08m时,所有抗震指标都可满足规范要求。     

部分柱顶滑移钢筋混凝土框剪结构的简化分析

本文推导了弹性状态下部分柱顶滑移钢筋混凝土框剪结构在摩擦支座滑移和不滑移两种情况下的基本微分方程及周期、位移、内力计算公式,并给出了算例比较。研究表明:(1)摩擦支座滑移情况相比不滑移情况,周期增大,总水平地震作用减小,顶点位移及最大层间位移角均有所减小,总剪力墙的最大弯矩和最大剪力、总框架的层剪力有较大幅度减小;(2)摩擦支座滑移带来的附加剪切刚度比摩擦支座滑移前总滑移柱剪切刚度小;(3)中震或大震当主体结构基本处于弹性工作阶段时,考虑摩擦支座滑移进行计算分析比不考虑摩擦支座滑移更加经济。     

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。     

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。     

支座摩擦系数对摩擦摆基础隔震结构地震反应的影响

对不同地震烈度作用下的摩擦摆基础隔震结构进行了地震反应分析,分析了支座摩擦系数对支座位移、楼层加速度和楼层剪力的影响。结果表明随着摩擦摆支座摩擦系数的增大,支座位移逐渐减小,而结构的加速度和楼层剪力逐渐增大;随着地震作用强度的提高,摩擦系数对支座位移的影响逐渐增大,而摩擦系数对结构加速度和楼层剪力的影响逐渐减小。     

环境温度对板式橡胶支座摩擦滑移性能的影响分析

采用有限元模拟的方式,对板式橡胶支座摩擦滑移特性进行分析,并与常温试验中获得的支座摩擦滑移滞回曲线、等效黏滞阻尼比等进行了对比。在获得可靠模型的基础上,分析环境温度对板式橡胶支座摩擦滑移特性的影响,研究了温度与支座摩擦滑移耗能、等效黏滞阻尼比和滑动起始距离的关系。结果表明:(1)板式橡胶支座的有限元模型可以较好地实现支座在水平荷载作用下的摩擦滑移特性;(2)在±25℃温度范围内,温度越低,板式橡胶支座在摩擦滑移过程中耗能越多,最大相差37.5%。在寒冷地区,支座将更早的进入滑移状态,对采用板式橡胶支座的桥梁更应注意控制桥梁上部结构的支承长度;(3)板式橡胶支座的黏滞阻尼比随着形状系数的减小而增大,而支座的起始滑移距离则随之减小。     

强震下斜交桥地震反应与减隔震性能分析

针对斜交桥在破坏性地震中发生破坏和损伤的突出问题,采用铅芯橡胶支座(LRB)进行隔震和滞回耗能。基于OpenSees平台建立了不同斜度的传统非隔震和全桥采用LRB隔震的4跨斜交连续梁桥动力分析模型,沿2个水平方向输入远场地震动和具有向前方向性效应、滑冲效应以及无速度脉冲效应的近断层地震动,并进行非线性时程计算,研究桥墩和挡块的损伤状态、主梁旋转度、碰撞力与斜交桥斜度的关系以及LRB对斜交桥抗震性能的影响。结果表明:向前方向性效应和滑冲效应的脉冲型地震动作用下的斜交桥地震反应和损伤明显大于无速度脉冲近断层和远场地震动作用; 采用LRB隔震后,明显降低了固定墩的地震损伤,桥墩位移减震率可达到50%以上; LRB隔震桥主梁与挡块的间隙宜结合桥梁的地震风险和设计位移进行确定。     

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。     

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。     

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。     

Nonsmooth dynamics prediction of measured bridge response involving deck‐abutment pounding

Earthquake‐induced deck‐abutment contact alters the boundary conditions at the deck level and might activate a different mechanical system than the one assumed during the design of the bridge. Occasionally this discrepancy between the assumed and the actual seismic behavior has detrimental consequences, for example, pier damage, deck unseating, or even collapse. Recently, an insightful shake‐table testing of a scaled deck‐abutment bridge model 1 , showed unexpected in‐plane rotations even though the deck was straight. These contact‐induced rotations produced significant residual displacements and damage to the piers and the bents. The present paper utilizes that experimental data to examine the validity and the limitations of a proposed nonsmooth dynamic analysis framework. The results show that the proposed approach satisfactorily captures the planar rigid‐body dynamics of the deck which is characterized by deck‐abutment contact. The analysis brings forward the role of friction on the physical mechanism behind the rotation of the deck, and underlines the importance of considering the frictional contact forces during deck‐abutment interaction even for straight bridges, which typically are neglected. Finally, the paper investigates the sensitivity of the rotation with respect to macroscopic contact parameters (i.e., the coefficient of friction and the coefficient of restitution). Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。     

地震作用下曲线梁桥结构响应及敏感性分析

为研究不同设计参数对曲线梁桥地震响应的影响以指导结构抗震设计,对不同支承约束曲线梁桥地震响应及地震需求敏感性进行分析。采用增量动力分析（IDA）方法对比分析了不同支承约束曲线梁桥的结构地震响应变化趋势;采用Tornado图形法对不同结构参数影响程度进行了排序,找出了对结构地震需求影响显著的参数。结果表明:采用板式橡胶支座桥梁因支座易发生滑移而导致上部结构位移较大,但降低了下部结构响应,设置固定墩后,下部结构损伤显著增加;对于采用板式橡胶支座和铅芯橡胶支座的曲线梁桥,墩高及跨径对墩底曲率需求影响较大,而对于固定墩为墩梁固结形式和采用盆式橡胶支座的曲线梁桥,跨径及跨数对墩底曲率需求影响较大;对于采用不同支承约束的曲线梁桥,墩高和曲率半径对桥台位移需求影响较大,仅次于地震动参数PGA。     

设置负刚度装置的大跨长联连续梁桥地震反应分析

为完善大跨长联连续梁桥的减震和隔震技术,提出将负刚度装置引入某带有摩擦摆支座隔震的大跨长联连续梁桥中组成新型减震和隔震系统.基于CSIBridge软件建立全桥有限元模型,负刚度装置采用弹性多段线模拟,摩擦摆支座采用双线性恢复力模型,输入7条地震波进行了非线性时程分析,考查了新型减震和隔震系统下桥梁结构的地震反应,探究了...