深水连续刚构桥地震响应分析

本文探讨连续刚构桥在深水中地震响应的特性.首先建立了地震作用下深水桥梁的运动方程,简要阐述了该运动方程的求解方法,应用该运动方程,对一座桥墩淹没水深168m的连续刚构桥进行了地震响应分析,考察了在纵向、横向激励作用下桥墩的内力响应和位移响应特征,探讨了矩形空心截面桥墩内域水、外域水对桥墩地震响应的影响,结果表明,由于墩-水相互作用,桥墩的位移和内力响应均有明显增大,对于矩形空心墩,内域水和外域水的影响应同时计入.     

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。     

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。     

钢筋混凝土圆截面桥墩抗震加固方式对比分析

为研究不同加固方式对钢筋混凝土(RC)圆截面桥墩抗震性能的影响,利用OpenSees有限元软件建立了普通RC桥墩以及分别采用钢套管、碳纤维增强聚合物(CFRP)、体外预应力筋进行加固的桥墩数值分析模型,对模型输入远断层地震动,进行增量动力分析。以墩顶峰值位移角与震后残余位移角为指标,对比分析了桥墩加固前后的地震响应。结果表明:采用钢套管、体外预应力筋和CFRP加固后,RC桥墩的峰值位移与震后残余位移均减小,钢套管加固方式对桥墩峰值位移的降低幅度最大,体外预应力筋加固方式对抑制桥墩震后残余位移的效果最好;随着剪跨比的增大,3种加固方式对桥墩在地震动作用下位移响应的抑制作用均逐步减小;随着轴压比的增大,3种加固方式对RC桥墩峰值位移的抑制作用逐步降低。     

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。     

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%。     

近断层地震动下摇摆-自复位桥墩连续梁地震反应

为讨论近断层地震动下摇摆-自复位(Rocking Self-Centering, RSC)桥墩连续梁的地震反应及其抗震优缺点。基于OpenSees有限元分析平台讨论了RSC桥墩三维建模方法,通过对6个试验构件的模拟,比较模拟与试验桥墩滞回曲线、预应力筋最大应力等指标,验证了模型准确性。建立设置RSC桥墩和普通钢筋混凝土(Reinforced Concrete, RC)桥墩的上部结构相同的两座连续梁桥,输入3组含有强速度脉冲的近断层地震波进行非线性动力时程分析,对比其抗震性能。结果表明：在0.4 g近断层地震动下,RSC桥墩与普通RC桥墩相比,RSC桥墩的最大位移角为普通RC桥墩的78.1%～97.6%,墩底曲率延性系数仅为普通RC桥墩的24.0%～34.0%,减小了桥墩的最大变形,也减轻了桥墩地震损伤,不利的一点是使用RSC桥墩会导致支座位移增大。RSC桥墩震后的残余位移较小,且预应力筋处于弹性受力阶段,为实现震后桥梁功能的快速恢复提供了条件。     

行波效应对大跨刚构连续桥梁半主动控制影响分析

给出了地震动行波输入下大跨刚构连续桥梁的半主动控制分析方法，在桥梁支座部位设置磁流变阻尼器，对一座五跨刚构连续桥梁进行了不同视波速行波输入下的半主动控制计算分析. 结果表明，行波效应对该大跨刚构连续桥梁的无控制地震反应、半主动控制地震反应和减震效果均有显著影响，对主梁和桥墩均会在较低视波速地震行波输入时表现出不利影响，并且使半主动控制减震效果明显降低. 因此，在确定半主动控制系统的参数时应考虑地震行波效应的影响以确保控震效果.      

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。     

高墩大跨度刚构桥抗震加固有限元分析

大跨刚构桥结构桥跨较长和受力复杂。为提高抗震性能,需要对加固前后的桥梁进行抗震性能研究。以某双肢薄壁型高墩大跨度刚构桥为背景,采用ANSYS程序APDL语言,对结构进行合理的参数选取、网格划分和边界约束,结合抗震等级和桥梁规范等有关规定,研究整体结构在地震作用下的变化规律。通过沿墩高方向获取节点的方法,确定在地震作用下,各节点的最大位移从下到上逐渐增大。选取桥墩双肢相同部位各节点进行横向比较,总结得出双肢薄壁桥墩具有平分荷载和延长寿命的特点。为提高桥梁整体抗震性能,采取联结桥墩增大截面的方式进行加固,对比加固前后两模型在同一地震作用下的结构响应,得出该方法在提高结构整体刚度方面,效果显著。     

高承台下自由桩长对双薄壁墩连续刚构桥地震响应的影响

为探究高承台下自由桩长对双薄壁墩连续刚构桥地震响应的影响,基于OpenSees程序建立了实桥有限元模型并进行弹塑性时程分析,通过对比不同自由桩长模型的时程曲线、峰值响应及滞回特性,分析了自由桩长对桥梁地震响应的影响。结果表明:自由桩长增加会减小桥梁刚度;地震作用下,随自由桩长增加,主梁、支座及自由桩顶的水平位移增大,且支座位移增幅大于主梁和桩顶的位移增幅,墩底内力及变形减小;地震作用下,桥梁边墩的横桥向曲率大于中墩,矮墩的纵桥向曲率大于高墩,边墩的内肢墩较外肢墩更易遭受破坏。     

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。     

Seismic response of rocking isolated railway bridge piers with sacrificial components

In this study, sacrificial components were incorporated into self-centering railway bridge piers to improve the lateral stiffness. The seismic response of this new detail was investigated. First, the method to compute the initial uplift moment of the self-centering pier is given. In addition, shaking table tests were conducted on a free-rocking pier without sacrificial components, which was used to validate a two-spring numerical model. Good agreement was obtained between the numerical results and experimental data. Furthermore, the validated model was employed to investigate the influence of sacrificial components on the seismic response of rocking piers. For this purpose, two models were developed, with and without sacrificial components. Nonlinear response history analysis was then performed on both models under three historical motions. The results showed that compared to the one without sacrificial components, the rocking pier with sacrificial components has comparable displacement at the top of the pier, and maximum uplift moment at high amplitude motion. Therefore, incorporating sacrificial components into the rocking pier can increase the lateral stiffness at service load and low amplitude frequent earthquakes but can produce comparable response at high seismic excitation. These results provide support for performance-based seismic design of self-centering rocking piers.

     

基于位移设计的钢筋混凝土桥墩抗震性能试验研究(Ⅱ):振动台试验

通过模型振动台试验研究了基于位移设计的钢筋混凝土桥墩的抗震性能。以完成的拟静力试验中的桥墩试件为参考原型,利用基于位移抗震设计方法和现行桥梁抗震规范方法设计了4根1:2的钢筋混凝土桥墩试件并进行了模型振动台试验。对小震、中震和大震作用下桥墩试件的破坏形态、加速度和位移反应、位移延性系数和地震总输入能(耗能)等方面进行了比较分析。综合拟静力试验和振动台试验结果,可以认为基于位移设计的钢筋混凝土桥墩能够达到预期的延性抗震要求。     

客运专线桥梁基于性能的抗震设计研究

从基于性能的抗震设计理念出发,给出了客运专线桥梁结构的性能目标及各性能水准下的桥墩地震破损描述,明确并量化了桥墩各抗震性能目标的验算内容。给出了小震不坏及可控制中震损伤的验算方法,简化能力谱法计算位移延性系数,指出了大震时最大位移验算的不足,讨论了桥墩大震时地震损伤指数的计算与验算,通过算例详细介绍了基于性能的抗震设计方法与过程。     

Seismic response of rocking frames with top support eccentricity

The seismic response of rocking frames that consist of a rigid beam freely supported on rigid freestanding rectangular piers has received recent attention in the literature. Past studies have investigated the special case where, upon planar rocking motion, the beam maintains contact with the piers at their extreme edges. However, in many real scenarios, the beam‐to‐pier contact lies closer to the center of the pier, affecting the overall stability of the system. This paper investigates the seismic response of rocking frames under the more general case which allows the contact edge to reside anywhere in‐between the center of the pier and its extreme edge. The study introduces a rocking block model that is dynamically equivalent to a rocking frame with vertically symmetric piers of any geometry. The impact of top eccentricity (ie, the distance of the contact edge from the pier's vertical axis of symmetry) on the seismic response of rocking frames is investigated under pulse excitations and earthquake records. It is concluded that the stability of a top‐heavy rocking frame is highly influenced by the top eccentricity. For instance, a rocking frame with contacts at the extreme edges of the piers can be more seismically stable than a solitary block that is identical to one of the frame's piers, while a rocking frame with contacts closer to the centers of the piers can be less stable. The concept of critical eccentricity is introduced, beyond which the coefficient of restitution contributes to a greater reduction in the response of a frame than of a solitary pier.     

Controlled rocking pile foundation system with replaceable bar fuses for seismic resilience

Bridges designed following a conventional approach minimize the risk of collapse, but often require challenging, costly, and time-consuming restoration after an earthquake occurs. The new seismic design philosophy requires bridges to maintain functionality even after severe earthquakes. In this context, this paper proposes a controlled rocking pile foundation (CRPF) system and numerically evaluates bridges′ degree of seismic resilience. The CRPF system allows a pile cap to rock on a pile foundation and dissipate seismic energy through inelastic deformations of replaceable bar fuses that connect a pile cap and piles. Following the conceptual design of the CRPF system, two analytical models were developed for a bridge pier utilizing the CRPF system and a pier designed to develop a plastic hinge in its column. The analytical results indicate that, after experiencing a severe earthquake, a conventionally designed bridge pier sustained substantial damage in its column and exhibited significant residual displacement. In contrast, a pier using the CRPF system showed negligible residual displacement and maintained elastic behavior except, as expected, for bar fuses. The damaged fuses can be rapidly replaced to recover bridge seismic resistance following an earthquake. Therefore, the CRPF system helps to achieve the desired post-earthquake performance objectives.

     

基于地震易损性分析的平塘特大桥关键构件破坏顺序研究

为探究山区超高墩三塔大跨斜拉桥在地震作用下各关键构件（桥塔、支座、基础和桥墩）的破坏顺序,以在建的贵州平塘特大桥为工程依托,首先基于OPEENSEES软件建立空间有限元模型,然后基于概率理论建立斜拉桥地震易损性模型,最后以混凝土应变和支座相对位移为易损性指标进行增量动力分析,得到各构件易损性曲线,并基于各构件的易损性曲线对此类桥型的构件破坏顺序进行分析。研究表明：横向地震对该斜拉桥造成的破坏程度要大于纵向地震;在纵向地震作用下桥梁结构最易发生破坏的是中塔支座和边塔基础,在横向地震作用下桥梁结构最易发生破坏的是边塔支座和过渡墩基础。