地震作用下隔震简支梁桥碰撞反应的振动台试验

由地震引发的碰撞是影响桥梁地震反应以及造成桥梁破坏的重要因素。本文对地震作用下隔震简支梁桥的碰撞反应进行了振动台试验。设计制作1个两跨简支的隔震梁桥模型,试验研究了梁间隙、邻梁质量比、隔震支座类型等参数对桥梁碰撞反应的影响。试验结果表明邻梁间隙、邻梁质量比、隔震支座类型等参数对桥梁的碰撞反应有着显著的影响。邻梁间隙越大,碰撞次数越少;邻梁质量比越大,撞击力越大。铅芯橡胶支座比板式橡胶支座耗能能力更强,可以有效降低邻梁之间的撞击力甚至避免碰撞发生。从而为桥梁防碰撞设计提供了可靠的试验依据。     

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。     

基于随机振动理论确定桥梁地震碰撞的临界间隙

确定梁桥邻跨间避免地震碰撞的最小间隙,对于梁桥地震碰撞危险性预测及防地震碰撞措施的设计有着显著意义。本文基于随机振动理论建立梁桥地震碰撞邻跨临界间隙的计算方法,分析模型采用跨径不等的两跨简支梁桥,且考虑隔震支座非线性恢复力的影响。文中首先建立了系统的非线性运动方程;随后运用随机等效线性化理论将其线性化;最后在复模态空间推导了临界碰撞间隙的均值与方差的计算方法。人工地震动的非线性时程分析结果验证了本文算法的正确性。参数分析表明,临界间隙随邻跨长度比增大而增大,随支座屈服力与上部结构重量比值减小而增大,随隔震支座屈服位移增大而增大,随桥墩振动周期增大而增大。隔震支座屈服前后刚度比值对临界间隙大小影响很小。     

地震作用下桥梁防碰撞及防落梁措施研究综述

桥梁作为生命线工程的重要组成部分,一旦在地震中发生破坏,会造成巨大的经济损失和社会损失。地面上相邻的桥跨结构由于其动力特性存在差异及地震动输入的空间变化特性,地震发生时会引起相邻桥跨间的非同向振动,当桥跨间预留的间隙不能满足彼此的相对位移时就会发生相互碰撞,间隙过大时很容易引起落梁。针对相邻桥跨间的碰撞和落梁问题,对历次大地震中与碰撞和落梁相关的震害进行了回顾,介绍了纵桥向各种防碰撞与防落梁措施的研究现状,主要包括限位器、阻尼限位装置、模数式伸缩缝、减震装置以及组合限位装置五个方面。同时通过对研究现状的分析对以上各种防碰撞与防落梁措施的优点和缺点分别进行总结,进而对有待进一步研究的问题进行了展望。     

板式橡胶支座梁桥横向抗震加固研究

针对汶川地震中板式橡胶支座梁桥梁体横向移位严重的震害现象,提出了在原约束体系基础上增设X形板弹塑性挡块的抗震加固设计方法。以一座典型板式橡胶支座简支梁桥为研究对象,建立了可合理模拟支座滑动效应、挡块力学性能和墩柱滞回性能的全桥精细化有限元数值模型。选择国内外实际地震动进行横桥向非线性地震反应分析,研究了梁体与钢筋混凝土挡块横向间隙、X形板弹塑性挡块力学性能等两大参数对抗震加固效果的影响。研究表明:钢筋混凝土挡块与梁体间可预留一定横向间隙,X形板弹塑性挡块屈服强度可控制为上部结构恒载反力的5%;与抗震加固前相比,抗震加固设计能有效控制墩梁相对位移,同时减小桥墩结构地震反应,显著提高桥梁结构抗震性能。     

限位墩对多跨连续梁桥纵向抗震性能影响探讨

强烈地震作用下,多联连续梁桥主梁之间极易发生碰撞,可能造成主梁间过大的纵向位移,最后出现落梁倒塌。若对某一联(4跨为1联)或某几联适当的位置设置刚度较大的抗震制动墩,即限位墩,来限制主梁的纵向位移,可减少震害。限位墩作为一个接受主梁碰撞的限位装置,能够减少墩梁的相对位移,减小落梁概率。本文将限位墩的数量/位置以及限位墩刚度作为一个重要的分析参数,采用El Centro波,峰值加速度分别调整为0.4 g、0.7 g和1.0 g,分析了各个参数作用下的结构动力响应,得到了墩梁相对位移随限位墩刚度变化的曲线,分析得出限位墩能一定程度上能够减少落梁方向上墩梁的最大相对位移,可以作为一种防落梁措施。     

近断层区橡胶支座隔震结构限位研究

橡胶支座基础隔震结构遭遇近断层脉冲型地震动作用时,隔震层变形过大,需要限位。提出了软碰撞限位方案。按抗震规范设计橡胶支座隔震钢筋混凝土框架结构,选取近断层地震动记录,分析了限位主要参数预留距离、限位刚度和阻尼对隔震结构响应的影响。结果表明,预留距离增大,限位刚度需求增大,限位效果减弱;限位刚度增大,隔震层最大位移减小,上部结构层间最大位移增大;在一定范围内适当增大阻尼可减小隔震层最大位移与上部结构的层间最大位移。合理选用限位参数,可同时获得良好的限位与减震效果。提出了限位参数的优选方法。     

基于三维接触-摩擦理论的渡槽结构地震碰撞反应分析

地震作用下渡槽梁体间的碰撞反应易对其抗震安全性产生重大影响.本文基于接触-摩擦理论,通过编制FORTRAN程序,建立了渡槽结构的三维动力分析模型,研究其在地震作用下的碰撞反应.结果表明,纵向地震输入是渡槽碰撞反应的控制工况;伸缩缝宽度增大,碰撞次数减少,但碰撞力峰值增大;渡槽的碰撞反应具有明显的地震动频谱敏感性,且随着槽内水深的增加而增大;碰撞会使梁端加速度反应明显增大,而使速度和位移反应趋于减弱;摩擦对渡槽纵向地震反应影响较弱,但对梁端横向位移反应和邻梁相对转角影响较大.     

双向地震作用下高铁FPS隔震简支梁桥纵向地震碰撞反应研究

为了准确分析FPS隔震桥梁的纵向地震碰撞反应,针对一典型3跨FPS隔震简支梁桥,建立了考虑FPS双向耦合效应和梁缝处三维碰撞效应的非线性动力计算模型,分析双向地震作用下FPS隔震简支梁桥纵向地震碰撞反应;研究支座半径和摩擦系数对简支梁桥纵向地震碰撞反应的影响规律。研究结果表明:横向地震作用会增大简支梁邻梁间纵向地震碰撞次数和碰撞力,降低墩底纵向剪力;为减小地震碰撞反应,设计时可适当增大支座半径和支座摩擦系数。     

脉冲地震下简支梁桥倒塌过程及响应分析

为了模拟脉冲地震作用下简支梁桥的倒塌过程，基于LS-DYNA平台建立了简支梁桥的三维有限元模型，并人工合成了不同脉冲幅值和脉冲周期的地震动，研究了脉冲幅值和脉冲周期对简支梁桥倒塌过程和地震响应的影响，总结了地震作用下简支梁桥的灾变过程。研究表明：脉冲幅值对简支梁桥的倒塌模式影响显著，脉冲幅值较小时桥墩发生倒塌，脉冲幅值较大则会导致梁体落梁；脉冲幅值对桥梁位移响应影响较小，对内力响应和碰撞效应影响较大，增大脉冲幅值会加重梁间的碰撞效应，从而消耗大量地震能量；位移响应随脉冲周期的增大而增大，梁间碰撞力则与之相反；桥梁开始出现损伤的时间点与脉冲周期的大小有关，脉冲周期越小，开始出现损伤的时间越靠近地震加速度峰值时刻；脉冲地震作用下简支梁桥的倒塌表现为三个阶段：分别为正常运行阶段、损伤演变阶段和倒塌阶段。     

近场地震作用下支座布置对连续梁桥的抗震性能影响分析

针对我国中小跨径混凝土连续梁桥的4种传统支座布置以及目前常用的5种新型支座布置形式,以一典型四跨连续梁桥为例,分别建立有限元模型并输入7组近场实测地震动,然后进行非线性动力分析。研究了在近场强震作用下不同的支座布置形式对主梁位移、支座和桥墩变形的影响,探讨了各类传统支座布置形式存在的问题,以及新型支座布置形式在改善桥梁抗震性能方面的优势。分析结果表明,近场强震作用下传统支座布置形式难以同时保证梁体位移和桥墩受力的合理性,尽管直接搁置的板式橡胶支座能大大减小桥墩受力,但在近场脉冲激励下会导致主梁产生不可恢复的滑移;采用铅芯橡胶支座的新型支座布置形式能有效协调梁体位移和桥墩受力,减小桥梁整体的破坏概率。     

大型立式储罐滚动隔震限位研究

为了避免立式储罐自复位滚动隔震体系的支座位移过大导致支座失效,同时达到在不同地震动作用下,减震效应明显的目的,设计了一种变刚度限位滚动隔震装置,以便适应地震动特性变化以及储液高度变化的影响。利用有限元分析软件ADINA进行数值仿真分析,采用弹簧-阻尼系统模拟隔震层,非线性弹簧单元模拟限位装置,流体采用势流体单元,罐壁采用壳单元,建立15×104m3储罐模型。在加速度峰值为0.4 g不同地震动激励下,尤其是近断层长周期地震作用下,对加入限位装置前后储罐的地震响应进行对比,结果表明:采用限位装置后,支座位移得到明显控制,基底剪力、基底弯矩以及动液压力却都有不同程度的放大,但相比非隔震情况下仍有较好的隔震效果,晃动波高略有增大。建议在采用变刚度滚动隔震措施时,可考虑综合减震方案,优化减震效果。     

梯段板不同构造对框架结构地震反应的影响

为检验混凝土框架结构设置楼梯隔震防倒塌支座的效果,利用ETABS有限元软件建立计入楼梯、不计入楼梯、设置滑动支座和隔震防倒塌支座的4个框架结构模型,进行地震作用下梯段板下端不同构造措施对框架结构地震反应影响的对比分析。研究结果表明:与不考虑楼梯作用相比,设置隔震防倒塌支座后,钢筋混凝土框架结构的周期、振型、地震作用、层间位移、框架梁柱和楼梯梁柱的地震内力等均未明显变化,表明隔震防倒塌支座能有效地卸去梯段板的斜撑作用;与滑动支座结构相比,隔震防倒塌支座结构沿地震动输入方向的水平滑动位移基本相同,同时减小了梯段板竖向翘起位移。     

近断层地震特性对隔震曲线连续梁桥地震响应的影响

为研究近断层地震动对曲线连续梁桥地震响应及碰撞效应的影响,采用非线性时程分析法,分别研究脉冲效应、上盘效应及方向性效应对某三跨曲线连续梁桥支座位移、桥墩内力及邻梁间碰撞力的影响;通过支座隔震率的对比分析,探究不同类型近断层地震动下地震响应产生差异的原因。研究结果表明:脉冲效应、上盘效应和方向性效应均会增大曲线连续梁桥地震响应,脉冲效应的影响尤为显著;脉冲效应和方向性效应削弱了高阻尼橡胶支座的隔震特性,而上盘效应对桥梁响应的影响仅与上盘地震动自身特性有关;综合来看,脉冲效应对曲线梁碰撞响应影响最明显,上盘效应影响不大。     

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。     

活动支座摩擦力对简支梁桥地震反应的影响

本文介绍在地震作用下活动支座摩擦力简支梁桥桥墩内力和活动支座外墩,梁相对位 影响,以及水平地震系数,摩擦系数变化对固定支座水平地震荷载的影响。文中建议了考察活动以座摩擦力的简支梁桥整体分析模型。     

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。     

连续梁桥纵向阻挡型限位装置防落梁效果分析

阻挡型限位装置在我国作为一种防落构造措施,没有经过计算和设计,难以对其防落梁效果进行有效评估。针对我国现阶段被广泛采用的多跨连续梁桥梁结构,采用非线性时程分析方法,探讨了阻挡型限位装置对结构地震反应的影响,结果表明:这种限位装置能够有效限制墩梁相对位移,发挥防落梁作用。但是由此引起的限位装置与过渡墩碰撞会显著增大过渡墩的地震响应,实际设计中应引起注意。安装限位装置还能够在一定程度上减小固定墩的变形,对结构进行延性设计时的变形能力也可以相应减小。本文还提出了针对40m跨径连续梁桥抗震设计时,阻挡型限位装置与过渡墩间隙的建议取值范围。     

汶川大地震简支梁桥落梁震害与设计对策

总结了5.12汶川大地震中简支梁桥落梁震害及主要影响因素,发现除地震山体滑坡等地质灾害外,断层地表破裂、近断层地震动效应、桥台胸墙冲切破坏、防落梁构造措施单一及桥梁体型复杂等因素都是引起简支梁桥落梁震害的重要原因。提出了简支梁桥防落梁设计的基本理念及相关技术方案要点为允许墩梁间发生滑移,以降低桥墩承受的地震惯性力,以及盖梁提供允许的最大滑移长度及支座支承宽度,再辅助挡块或拉索限位器等共同防止落梁发生。最后结合现行规范,以拉索限位器为例给出了简支梁桥防落梁设计方法。     

行波输入下连续梁桥纵向墩梁相对位移碰撞效应分析

结合多跨连续梁桥的结构特点,提出了一种能模拟联间碰撞行为的连续梁桥碰撞分析模型.用非线性时程方法对行波输入下连续梁桥的地震碰撞反应进行了参数分析.结果表明:相邻联的周期比对短周期联位移的碰撞效应较大,考虑地震行波输入时伸缩缝处的碰撞效应可能会大幅度增大墩梁的相对位移,从而增大了地震作用下发生落梁的风险;墩梁相对位移随滑动支座摩阻系数的增大而减小.最后提出用一个碰撞效应增大系数来考虑连续梁桥相互碰撞对墩梁相对位移的影响,利用碰撞效应增大系数的概念为连续梁桥防止落梁的设计提供了一个新的思路.