隔震连续梁桥易损性分析中标准差的取值研究

目前,很多学者在进行结构地震易损性分析计算标准差时,采用按照HAZUS99直接取值的方法或直接对所研究对象进行具体计算的方法,但两种方法的易损性分析结果是否有差别,差别的大小如何,采用简便的直接取值法精度如何,是否适用于隔震桥梁等问题有待于深入研究。建立3个隔震连续梁桥模型,采用IDA分析方法进行非线性时程分析,通过回归分析得到地震动强度与桥梁构件地震需求的关系;通过弯矩-曲率分析和pushover分析确定墩柱的损伤指标——墩顶位移角;对桥梁墩柱、隔震支座及整体系统进行地震易损性分析来研究标准差的取值问题。结果表明:标准差的实际计算值与直接取值0.5的误差大部分超过10%;从构件的易损性曲线和隔震桥梁系统的易损性曲线来看,按照实际计算的方法和直接取值0.5的方法得到的结果误差相差也比较大,说明以PGA为地震动参数时,直接取0.5计算隔震连续梁桥相应的易损性是不合理的。     

SMA自复位隔震桥梁基于位移的抗震设计方法

本文针对隔震桥梁结构的抗震设计方法展开研究。首先对隔震桥梁结构进行模型简化,得到可用于设计的精简模型,并通过合理的构造设计,得到可实用的SMA隔震层;经过推导得到简化模型的等效延性和刚度;在非线性反应谱的基础上,建立直接基于位移的抗震设计方法;最后通过数值模拟分析对设计方法进行验证,结果显示在设计地震作用下,桥梁的地震反应与预期的设计指标相差很小,说明该位移设计方法具有较好的可靠性。     

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。     

地冲击荷载作用下双层结构磁流变阻尼器隔震效果的数值模拟

在抗爆结构中,一般采用单层隔震系统进行隔震,目前单层隔震系统的最大隔震率可以达到90％以上,但在加速度峰值很高的冲击荷载作用下,隔震后的结构响应加速度仍然很大。鉴于这种情况,本文对加入磁流变阻尼器（MRD）的双层隔震系统进行了研究。针对抗爆结构的两种典型荷载,采用改进Bouc—Wen模型和模糊控制方法,利用Matlab Simulink对双层隔震系统进行了数值模拟,计算了不同荷载作用下,不同隔震系统的加速度、位移及结构的振动剂量值（VDV）的响应,并与结构采用单层隔震系统的结果进行了对比。结果表明,与单层隔震系统相比,带有磁流变阻尼器的双层隔震系统没有太多的优越性。     

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。     

滑动摩擦隔震桥梁振动台试验研究

滑动摩擦隔震支座具有良好的耗能能力、较大水平位移能力和较好的耐久性能,为桥梁减隔震设计提供了一种新方法。本文针对分别安装有单球面摩擦摆支座、双凹面摩擦摆支座、多球面滑动摩擦支座的3种隔震桥梁模型开展了振动台试验研究。通过观察和量测模型桥梁位移、加速度等反应,得出采用3种滑动摩擦支座的隔震桥梁反应特性和隔震效果。由此可知,滑动摩擦隔震支座能有效减小地震对桥梁上部结构的影响,滑动摩擦隔震支座的自振周期与桥梁上部结构无关,只与支座摩擦系数和等效曲率半径相关。     

高速铁路大跨连续梁桥减隔震方案讨论

针对某铁路大跨连续梁桥,基于3种减隔震装置,提出了4种减隔震设计方案,利用非线性时程分析法对每种方案进行了计算分析。结果表明,液体粘滞阻尼器可有效改善桥梁纵向的受力和位移;双曲面球型减隔震支座能同时改善桥梁纵、横向的受力,但位移较大;液体阻尼器与双曲面减隔震支座配合使用可同时改善结构的纵、横受力,并且可控制位移;铅芯阻尼器耗能效果显著,位移基本可控,应继续开展研究。     

曲线桥梁摩擦滑移隔振试验及隔振机理研究

针对曲线桥梁在地震中因固定支座处及桥墩底部受力过大而破坏严重的现象,提出考虑支座摩擦滑移隔震的曲线桥梁抗震设计方法,通过大型振动台模型试验,研究曲线桥梁考虑支座摩擦滑移时的隔震机理。试验结果表明:支座摩擦滑移可有效减小地震作用下曲线桥梁的桥墩加速度响应,但同时会增加桥墩与梁体间的相对位移;曲线桥梁进行隔震设计后,桥墩的应变响应明显减小,证明该设计方法可有效避免地震作用下桥墩底部产生较大的损伤;最后,探讨了考虑支座摩擦滑移时曲线桥梁的隔震机理并与震害进行了对比验证。研究成果可为曲线桥梁的减震隔设计提供新的视角。     

基于规范谱的隔震结构非弹性位移设计谱研究

随着基于性能抗震设计理论研究的兴起,位移反应谱的研究逐渐受到重视。对于具有长周期特性的隔震结构,其位移响应相对于加速度响应更加显著,有必要对隔震结构的位移响应进行研究。选取特定震源机制、场地条件、震中距和震级的60条地震记录作为外部激励,利用MATLAB编程并计算得到隔震结构的位移反应谱,通过与规范反应谱进行对比分析,探讨利用现行规范谱来预测隔震结构位移需求时存在的一些问题。考虑隔震支座力学参数、地震动特性等因素对位移反应谱的影响,采用标准化和平均化的方式研究位移反应谱的特征,以Eurocode8规范给出的弹性位移反应谱为基础,通过数值拟合方法建立隔震结构非弹性位移设计谱,用于预测隔震层的最大位移需求,快速确定支座类型,极大简化隔震结构设计流程。     

高烈度区村镇带限位装置的滑移隔震系统的参数敏感性分析

以总输入能量、综合耗能比和隔震层最大位移为响应指标,以能量法为基础,采用正交试验的方法,计算并分析了村镇建筑在地震作用下的响应指标对系统参数的敏感性,探讨了系统参数对响应指标的影响趋势。研究表明:系统参数对总输入能量的影响与场地类别关系不大,但对综合耗能比和隔震层最大位移的影响与场地类别关系较大,Ⅳ类场地条件下的综合耗能比和隔震层最大位移要远远大于其在Ⅱ类和Ⅲ类场地条件下的值,最后,对村镇带限位装置的滑移隔震系统的系统参数给出了建议的取值。     

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...     

大跨径钢管混凝土拱桥减震控制装置参数的研究

大跨度桥梁结构的减震控制研究对于桥梁结构的抗震安全具有重要意义。本文以主跨368m的茅草街大桥为研究对象,基于ANSYS建立了该桥的三维有限元模型,并采用子空间迭代法分析了该桥的动力特性。在此基础上进行了大跨度钢管混凝土拱桥的地震响应及减震控制研究,重点进行了弹性连接装置和粘滞阻尼器减震效果的参数敏感性分析,并对比分析了不同位置布设减震装置时的效果。结果表明,纵飘振型对该桥肋纵向相对位移的贡献最大;弹性连接装置和阻尼器均能有效减小地震作用下该桥的肋梁纵向相对位移;综合考虑各关键部位的地震响应时,同时采用两类减震装置并将其分散布置时的减震效果最佳。结论可供大跨度中承式钢管混凝土系杆拱桥的抗震设计参考。     

限制位移桥墩的连续刚构桥抗震性能研究

沿着摇摆桥墩的概念提出一种限制位移桥墩连续刚构桥体系。该体系通过对连续刚构桥墩底和承台之间采取一定措施,使桥梁在地震发生时能够在限制的位移量内活动,减小输入到桥梁结构中的能量,达到减震的目的。通过对一座铁路连续刚构桥的分析,发现这种限制位移桥墩连续刚构桥体系能大幅减小桥墩的延性和强度地震需求,减震效果明显,在选择合适的限制位移量的情况下,可保证桥墩在高烈度罕遇地震作用下几乎保持弹性工作状态,震后经简单处理即可保证使用功能,为震后救援工作带来极大便利,也大大减少了修复成本。     

基于弹性拉索的超高墩三塔斜拉桥减震效果研究

为探究超高墩三塔斜拉桥在弹性拉索装置下的减震效果,首先利用SAP2000建立了考虑支座非线性和拉索几何非线性的三维有限元模型;其次基于弹性拉索装置,研究了弹性拉索刚度对三塔斜拉桥地震响应的影响;最后基于数值分析结果并结合某三塔斜拉桥实际工程提出3种减震方案。研究表明:在两边塔塔梁结合处设置弹性拉索可显著减小桥梁在地震作用下的内力和位移响应;提出的方案1(两边塔单根弹性索均为50股,单股刚度均为12000kN/m)、方案2(两边塔单根弹性索均为100股,单股刚度均为10000kN/m)和方案3(15#主塔单根弹性拉索100股,单股刚度10000kN/m;17#主塔单根弹性拉索100股,单股刚度为16000kN/m)相较于无弹性索状态,均可有效降低主塔塔底弯矩、塔底剪力、塔顶位移及主梁纵向位移;相较于方案1,方案2和方案3是更优方案。     

Optimal design of superelastic‐friction base isolators for seismic protection of highway bridges against near‐field earthquakes

The seismic response of a multi‐span continuous bridge isolated with novel superelastic‐friction base isolator (S‐FBI) is investigated under near‐field earthquakes. The isolation system consists of a flat steel‐Teflon sliding bearing and a superelastic NiTi shape memory alloy (SMA) device. The key design parameters of an S‐FBI system are the natural period of the isolated bridge, the yielding displacement of the SMA device, and the friction coefficient of the sliding bearings. The goal of this study is to obtain optimal values for each design parameter by performing sensitivity analysis of a bridge isolated by an S‐FBI system. First, a three‐span continuous bridge is modeled as two‐degrees‐of‐freedom with the S‐FBI system. A neuro‐fuzzy model is used to capture rate‐ and temperature‐dependent nonlinear behavior of the SMA device. Then, a set of nonlinear time history analyses of the isolated bridge is performed. The variation of the peak response quantities of interest is shown as a function of design parameters of the S‐FBI system and the optimal values for each parameter are evaluated. Next, in order to assess the effectiveness of the S‐FBI system, the response of the bridge isolated by the S‐FBI system is compared with the response of the non‐isolated bridge and the same bridge isolated by pure‐friction (P‐F) sliding isolation system. Finally, the influence of temperature variations on the performance of the S‐FBI system is evaluated. The results show that the optimum design of a bridge with the S‐FBI system can be achieved by a judicious specification of design parameters. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。     

大跨斜拉桥的近断层地震响应及减震控制

近断层地震长周期成分丰富,存在速度大脉冲效应;而大跨度斜拉桥一般采用半漂浮体系或漂浮体系,所以固有频率较低。为了研究大跨度斜拉桥在近断层地震作用下的反应规律及减震措施,利用ANSYS软件分析了某半漂浮体系的大跨斜拉桥在近断层地震作用下的时程响应,并对其减震控制方法进行了探讨。研究表明,大跨度斜拉桥的近断层地震响应随着PGV/PGA值的增大而增大,且增大幅度较大,近场脉冲效应较为显著;对于近断层地震作用,不建议采用塔梁弹性连接装置作为主梁纵漂的减震措施,而采用参数适宜的铅挤压阻尼器和粘滞阻尼器则均能获得很好的减震效果;由于大跨度斜拉桥的近断层地震反应较大,应提高其支座的设计允许位移。     

Influence of structural parameters on dynamic characteristics and wind-induced buffeting responses of a super-long-span cable-stayed bridge

A 3D finite element (FE) model for the Sutong cable-stayed bridge (SCB) is established based on ANSYS. The dynamic characteristics of the bridge are analyzed using a subspace iteration method. Based on recorded wind data, the measured spectra expression is presented using the nonlinear least-squares regression method. Turbulent winds at the bridge site are simulated based on the spectral representation method and the FFT technique. The influence of some key structural parameters and measures on the dynamic characteristics of the bridge are investigated. These parameters include dead load intensity, as well as vertical, lateral and torsional stiffness of the steel box girder. In addition, the influence of elastic stiffness of the connection device employed between the towers and the girder on the vibration mode of the steel box girder is investigated. The analysis shows that all of the vertical, lateral and torsional buffeting displacement responses reduce gradually as the dead load intensity increases. The dynamic characteristics and the structural buffeting displacement response of the SCB are only slightly affected by the vertical and torsional stiffness of the steel box girder, and the lateral and torsional buffeting displacement responses reduce gradually as the lateral stiffness increases. These results provide a reference for dynamic analysis and design of super-long-span cable-stayed bridges.     

Elastically supported cantilever beam subjected to nonstationary seismic excitation

The dynamic behaviour of bridge piers under seismic load is studied here in the context of random vibration. The earthquake excitation is modelled as white noise filtered by the Clough–Penzien filter in cascade with modulation accounting for intensity non-stationarity. The bridge pier modelled as an elastically supported cantilever beam witha lumped mass at the top. An analytical solution is presented for the response statistics, which may be used to develop probabilistic seismic response spectra for design. It is found that the first two modes of the pier approach to rigid-body motion when the stiffness of the elastic support decreases. Seismic responses increase with the top mass, resultingin significantly high displacement and shear but negligible moment at the top, and higher shear and moment at thebase. Lower stiffness of the elastic support increases the pier top displacement and moment responses, but may increase or reduce shear responses. The probabilistic spectrum of the relative displacement between the bridge superstructure and the pier top may depend on the two systems’ relative modal properties. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.