不同约束方式对匝道桥动力特性的影响研究

近年来,地震作用下的匝道桥表现出较高的地震易损性。为建立匝道桥的有效约束方式,以减小其地震损伤,本文基于汶川地震中连续梁桥约束方式的调研结果,建立了4种不同匝道桥支座约束方式,并以石家庄石环线某匝道桥为例,对比分析了不同约束方式下匝道桥的自振特性及地震响应。结果表明:板式橡胶支座具有一定的剪切变形能力,可降低桥墩与支座组成的体系刚度,有效分散了上部结构的地震惯性力,保护了下部结构,但应注意其引起的较大主梁位移;固定支座或墩梁固结形式会放大桥墩受力,增加下部结构的损坏,不宜设置在高度较矮、刚度较大的桥墩上;双层挡块和垫石凹槽分级限位支座具有较好的限位能力,并可耗散部分地震能量。     

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。     

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。     

小半径匝道曲线梁桥地震响应分析

针对小半径匝道曲线梁桥的桥窄、墩矮、弯扭耦合严重、地震危害明显等特点,结合某城市一座3跨连续小半径匝道曲线梁桥的工程实例,比较了单梁模型、梁格模型和实体模型在模拟小半径曲线梁桥时的精度。基于线性时程分析方法,分析了地震波输入方式、墩梁约束形式、宽度和跨径的改变对小半径匝道曲线梁桥地震响应的影响。结果表明:梁格模型较为适合于模拟小半径匝道曲线梁桥;地震波输入方式、约束形式以及宽跨的改变对小半径匝道曲线梁桥的地震响应有较大影响。     

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。     

楔形挡块对中小跨径梁桥横向抗震性能的影响

在地震作用下中小跨径梁桥横向易出现落梁以及桥墩破坏。为了防止桥梁出现上述震害,提出以楔形挡块作为限位装置来提升桥梁的横向抗震性能。以一座3×20 m连续混凝土梁桥为例,通过OpenSees软件来建立有限元模型,在考虑板式橡胶支座的摩擦滑移效应、钢筋混凝土桥墩的非线性等力学效应的情况下,对其进行动力时程分析。引入主梁位移响应、桥墩顶部最大位移响应等作为指标,用柔性挡块、刚性挡块两种工况来与楔形挡块进行对比分析,并且分析楔形挡块不同角度对位移响应的影响。结果表明:楔形挡块角度设置合适时能够有效约束梁体位移响应,并且不显著提高桥墩顶部的位移响应。     

铅芯支座力学参数对梁桥地震响应的影响

应用减隔震支座进行连续梁桥的抗震设计时,可通过支座参数的合理选择实现结构的抗震性能优化。针对一工程实例,进行系统的有限元仿真分析,研究铅芯橡胶支座设计参数优化问题。数值计算结果表明,铅芯橡胶支座的屈服强度对结构的内力和位移响应有较大影响;结构的内力和位移响应的降低与支座耗能率相关,其最大响应值随耗能率的增大而有不同程度的减小。建议根据支座耗能率进行隔震梁桥的支座参数优化,实现内力和位移响应量的同时降低。     

高速铁路桥梁的隔震研究

以某高速铁路桥梁为工程背景,开展了高铁桥梁的隔震研究。针对该工程现已应用的摩擦摆支座的不足,研发了适用于高铁桥梁的四铅芯橡胶隔震支座,并与我国高速铁路常用的盆式橡胶支座进行了对比分析。采用ABAQUS软件对该工程中典型五跨简支高铁梁桥建立了三维精细化有限元分析模型,分析模型中摩擦摆式支座与四铅芯橡胶隔震支座均采用双线性来模拟,盆式橡胶支座采用水平刚度较大的线弹性模型,桥墩中混凝土和钢筋采用纤维模型。对比分析了高铁桥梁当分别采用摩擦摆式支座、四铅芯橡胶隔震支座与盆式橡胶支座时的地震响应。研究结果表明:采用的四铅芯橡胶隔震支座的高铁桥梁在大震下支座没有破坏且桥墩墩顶位移、墩底弯矩、墩底曲率均得到显著降低,能确保高铁桥梁在强震下的安全性。     

中小跨径梁桥横向混凝土挡块模型及参数影响分析

为更准确地评估中小跨径梁桥主梁位移及下部结构地震响应,需建立合理的挡块分析模型。基于1座三跨预应力混凝土连续梁桥有限元模型,考虑了线弹性模型、考虑屈服的理想弹塑性模型及考虑退化的弹塑性模型3种不同挡块力学模型;对比分析了不同挡块模型对主梁位移及下部结构地震响应的影响;基于建议的分析模型,探讨了合理挡块间距的选取,并总结了有效防撞措施及新型挡块。结果表明,考虑退化的挡块模型可较好反映混凝土挡块在碰撞过程中的变形、损伤及完全失效的特性,而采用线弹性及理想弹塑性挡块模型都会低估主梁位移及高估传至下部结构的地震力;合理挡块间距选取范围在1.0~2.5 tr(橡胶层厚度)之间,可保证在橡胶支座发挥减隔震功能后,起到较好的限位作用,而又不致明显增加下部结构地震力。     

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。     

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。     

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。     

基于损伤分析的旧曲线梁桥抗震性能评估

曲线桥梁在役期间可能面临地震灾害,导致结构损坏甚至坍塌,为了评估在役桥梁的抗震性能,提出基于损伤分析的曲线梁桥抗震性能评估方法。建立旧曲线梁桥有限元模型,基于损伤分析的原理,提出适合曲线梁桥地震响应特性的构件损伤模型,在全桥有限元模型中输入不同类型地震动,计算各构件的损伤指数,并结合旧桥检算系数,由各构件损伤指数综合得到桥梁的整体损伤指数。结果表明:不同地震动下主梁会发生碰撞破坏,桥梁两端的支座容易发生移位,桥墩沿横桥向或顺桥向均会产生位移;不同地震动对主梁、支座、桥墩等构件造成的损害程度有较大差异,各构件的地震响应会影响桥梁整体结构的抗震性能,其中桥墩对桥梁整体抗震性能的影响最大,桥墩位移超过极限值可能导致倒塌;主梁反复碰撞会加剧桥梁的破坏程度,桥梁两端支座在地震作用下更容易发生损坏。     

MPA方法在不同高度桥墩地震响应分析中的适用性研究

桥梁通常是线路中的控制工程,其抗震性能显得尤为重要。作为梁桥重要组成部分的桥墩,往往是地震作用下容易受到损伤的构件。结合西部山区梁桥的典型桥墩结构形式,基于纤维模型的有限元方法建立桥墩的非线性数值分析模型。采用MPA方法对不同高度桥墩的地震响应进行分析,以非线性时程分析方法的计算结果为基准研究MPA方法的适用性。计算表明MPA方法在分析高阶模态参与程度较高的高墩构件时适用性较差。     

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。     

地震作用下简支梁桥支座-挡块-桥墩相互作用研究

为了提高中小跨径简支梁桥的抗震能力,促进多级抗震设计思想的完善,以汶川地震中的寿江大桥为背景,构建了支座-挡块-桥墩相互作用分析模型,采用增量动力分析（IDA）方法,以挡块强度和墩高作为变化参数,研究了支座滑移、挡块限位和桥墩塑性三者之间抗震性能状态的耦合关系。研究表明:提高挡块强度可有效地控制支座的滑移,但会增大桥墩的曲率延性系数,且桥墩越矮,曲率延性系数增长越快;随着挡块强度的变化,支座滑移比的变化幅度明显大于桥墩曲率延性系数;随着墩高的增大,挡块的相对限位能力会提高;对于中小跨径简支梁桥而言,理想的抗震状态为:允许挡块破坏,使得支座出现小幅滑移,桥墩出现可修复的塑性损伤。因此,在挡块设计中,可优先考虑支座的限位效果,再综合考虑桥墩的地震响应,当桥墩为矮墩时,挡块的设计强度不可过大。     

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。