设置BRB构件的双柱式桥墩的横桥向减震分析

以某3×30 m公路高架桥为工程背景,采用非线性时程反应分析法,研究了两种不同墩高下BRB的设置方式及核心段材料屈服强度σ(80~235 MPa)对桥梁地震反应的影响规律。结果表明:(1)设置BRB的双柱式墩在横桥向地震作用下减震效果显著,具体减震效果与BRB的屈服耗能及改变上部结构地震力在桥墩体系中的传力路径双重因素有关。(2)对9 m高双柱式墩,BRB的最优布置为单斜杆形式。当BRB的核心段屈服应力σ取值较大时,BRB将不进入屈服,通过其侧向刚度改变结构体系的传力路径。(3)对18 m高双柱式墩,BRB的最优布置为双平行斜杆布置。BRB的减震效果随着σ的增大而增加,在σ取值较大值时,BRB起改变传力路径及滞回耗能的双重作用。(4)在双柱式桥墩中合理设置BRB并取其最优力学参数,可有效改善桥梁下部结构的抗震性能。对本文算例,9 m和18 m高双柱式墩墩底弯矩减震率分别为34%和44%。     

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。     

波浪作用对单柱式桥墩地震反应特性的影响

以ABAQUS有限元软件为计算平台,建立了考虑波浪作用影响的单柱式桥墩-桩-土体系非线性地震反应分析二维有限元模型,土体以四节点实体单元离散,采用土体粘塑性记忆型嵌套面本构模型描述土的动力特性;桥墩以及桩以两节点梁单元离散,采用动塑性损伤模型描述混凝土的动力特性;根据Stokes五阶波浪理论,将基于Morison公式计算所得的波浪力以分布力的形式施加于桥墩之上,比较了静水条件下和考虑波浪作用时不同地震动激励下单柱式桥墩结构的地震反应特性,结果表明:波浪作用的影响使桥墩墩身相对墩底的位移反应、桥墩墩底的剪力和弯矩反应有较明显的增大,但对桥墩墩身加速度反应的影响可忽略不计,波浪作用影响的大小与输入地震动特性有关.在单柱式桥墩的抗震设计中考虑波浪作用的影响是必要的。     

大跨度斜拉桥横桥向减震研究

斜拉桥在横桥向采用塔-梁、墩-梁固结的约束体系,导致其整体刚度增加,地震惯性力增大,给边墩及其基础的抗震设计造成困难。分别采用位移相关型(方案1)和速度相关型(方案2)两类减震装置对一座斜拉桥的横桥向进行了减震研究。方案1在边墩-主梁间设置位移相关型减震装置,并对其屈服荷载进行了参数分析;方案2对速度相关型减震装置的安装位置和数量进行了优化分析,并对其参数取值进行了参数分析;对横桥向固结体系和减震体系的地震反应进行了对比。结果表明:地震作用下两类减震装置发生滞回变形,延长了结构在横桥向的周期,有效降低了边墩的地震剪力和弯矩反应;横桥向墩-梁间的相对位移会增大,可通过减震装置参数的选取将其控制在合理的范围内;塔底的地震剪力和弯矩反应变化不明显。2种方案均可用于斜拉桥横向减震。     

某城市天桥减隔震设计研究

通过对某城市天桥进行非线性动力分析,计算结果表明固定墩墩底弯矩远大于自由墩墩底弯矩,且固定墩墩底弯矩已经超越桥墩结构抗力。针对这一问题,为了使桥墩均匀地承受地震作用,提高结构抗震性能,文章采取了将固定墩的固定支座改为减隔震支座的设计方案,并对不同减隔震支座的屈服力和屈服前刚度进行了计算,分析了各工况下的地震响应,最后建议了选用支座的型号。     

考虑动水压力影响的单柱式桥墩地震反应分析

在Morison方程的基础上,用附加水质量法考虑动水压力对桥墩的影响,以单柱式桥墩为研究对象,以ABAQUS有限元软件为计算平台,建立了考虑桩-土动力相互作用的单柱式桥墩地震反应分析模型,考虑土体和桥墩混凝土的动力非线性特征,分析了地震动作用下动水压力对单柱式桥墩的墩顶相对墩底位移、加速度、剪力和弯矩反应的影响,并探讨了水位对单柱式桥墩地震反应特性的影响。结果表明:动水压力改变桥墩的地震反应特性,增大了桥墩顶部相对底部的位移、墩顶绝对加速度和墩底的内力,水位变化影响桥墩的地震反应特性。对于深水桥墩抗震设计计算,考虑动水压力效应、水位变化是有必要的。     

某城市天桥减隔震设计研究

本文通过对某城市天桥进行非线性动力分析,计算结果表明固定墩墩底弯矩远大于自由墩墩底弯矩,且固定墩墩底弯矩已经超越桥墩结构抗力。针对这一问题,为了使桥墩均匀地承受地震作用,提高结构抗震性能,本文采取了将固定墩的固定支座改为减隔震支座的设计方案,并对不同减隔震支座的屈服力和屈服前刚度进行了计算,分析了各工况下的地震响应,最后建议了选用支座的型号。     

某城市天桥减隔震设计研究

本文通过对某城市天桥进行非线性动力分析,计算结果表明固定墩墩底弯矩远大于自由墩墩底弯矩,且固定墩墩底弯矩已经超越桥墩结构抗力。针对这一问题,为了使桥墩均匀地承受地震作用,提高结构抗震性能,本文采取了将固定墩的固定支座改为减隔震支座的设计方案,并对不同减隔震支座的屈服力和屈服前刚度进行了计算,分析了各工况下的地震响应,最后建议了选用支座的型号。     

基于纤维梁柱单元的桥梁墩柱地震反应模拟方法研究

为讨论利用纤维梁柱单元进行钢筋混凝土桥墩地震反应分析的建模方法,分别以4个悬臂式单柱墩和1个双柱墩拟静力加载试验,以及1个悬臂式单柱墩的振动台试验结果为依据,基于OpenSees数值分析平台建立了桥墩的地震反应分析模型。通过改变单元数量,分析了基于力的纤维梁柱单元和基于位移的纤维梁柱单元对桥墩地震反应的模拟精度。结果表明:对悬臂式单柱墩的拟静力和振动台试验,可沿墩高仅建立1个基于力的纤维梁柱单元,并在墩底串联1个考虑纵筋塑性渗透和粘结滑移的转动弹簧单元,即可获得很好的模拟结果。当采用基于位移的纤维梁柱单元时,应沿墩高至少建立2个单元,且塑性铰区至少有1个,才能保证获得较高的模拟精度。对双柱墩拟静力试验,采用基于力的纤维梁柱单元建模,沿每个墩高建立2个单元即可;以基于位移的纤维梁柱单元建模,建议沿每个墩高建立3个单元,且其中2个单元布置在塑性铰区。当数值模型可对静力滞回曲线取得很好的模拟结果后,该模型一般可对动力作用下墩顶最大位移和墩底最大剪力进行较为准确的模拟,但对墩顶残余位移的模拟精度无法保证。     

超高墩大跨铁路连续钢桁梁桥粘滞阻尼消能减震研究

针对某超高墩大跨铁路连续钢桁梁桥,建立了考虑桩-土动力相互作用、超高墩几何非线性P-Δ效应的全桥空间有限元模型,考虑了由于粘滞阻尼的非比例阻尼影响,并通过应变能理论将结构不同部位的振型阻尼引入到分析模型中。基于确定的粘滞阻尼器布置方案,研究了阻尼指数和阻尼系数对结构减震的影响规律,采用参数敏感性分析方法对阻尼器参数进行优化,并分析了其减震性能。研究表明:对于文中分析的桥梁,采用速度指数为0.4的粘滞阻尼器可达到最优的减震效果,能够有效降低各墩水平地震作用,并使高度相近的1、4号墩,以及2、3号墩墩底弯矩和墩顶位移趋于均匀;由于固定墩墩底纵向剪力峰值和非减震模型接近,该类型桥的减震控制应以墩底弯矩和墩顶位移为控制目标;对比基于比例阻尼和非比例阻尼分析模型的地震反应,发现考虑非比例阻尼后超高墩大跨桥梁墩底弯矩和墩顶位移均有所增大,且固定墩墩底弯矩增大更显著,建议进行超高墩大跨粘滞阻尼减震桥梁抗震分析时应考虑非比例阻尼。     

钢管混凝土桥墩抗震性能试验研究

为研究钢管混凝土桥墩的抗震性能,对钢管混凝土桥墩和钢筋混凝土桥墩进行了拟静力对比试验研究。根据试件的破坏发展过程以及各试件的滞回曲线和骨架曲线,分析了其滞回性能、耗能能力、延性、强度退化及刚度退化等抗震性能。试验结果表明,钢管混凝土桥墩的抗震性能明显好于钢筋混凝土桥墩。在含钢率和轴力相同的情况下,钢管混凝土桥墩的滞回曲线比钢筋混凝土桥墩丰满得多,前者的耗能能力约为后者的4.46倍,钢管混凝土桥墩的延性大于钢筋混凝土桥墩;随着轴压比的增大,钢管混凝土桥墩延性有所下降,强度退化加快,但对其刚度退化的影响不大。     

Simulation research on the energy dissipation and shock absorption performance of a swing column device based on fuzzy control

Double-column bridge piers are prone to local damage during earthquakes, leading to the destruction of bridges. To improve the earthquake resistance of double-column bridge piers, a novel swing column device (SCD), consisting of a magnetorheological (MR) damper, a current controller, and a swing column, was designed for the present work. To verify the seismic energy dissipation ability of the SCD, a lumped mass model for a double-column bridge pier with the SCD was established according to the low-order modeling method proposed by Steo. Furthermore, the motion equation of the double-column bridge pier with the SCD was established based on the D’Alembert principle and solved with the use of computational programming. It was found that the displacement response of the double-column bridge pier was effectively controlled by the SCD. However, due to rough current selection and a time delay, there is a significant overshoot of the bridge acceleration using SCD. Hence, to solve the overshoot phenomenon, a current controller was designed based on fuzzy logic theory. It was found that the SCD design based on fuzzy control provided an ideal shock absorption effect, while reducing the displacement and acceleration of the bridge pier by 36.43%–40.63% and 30.06%–33.6%, respectively.

     

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。     

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。     

结构参数对高低墩刚构连续梁桥体系地震响应的影响

地震作用下,相邻主梁间的碰撞会改变桥台-引桥-刚构连续梁桥结构体系的动力响应。为了探究主桥结构形式、墩高、引桥跨数和伸缩缝间距等结构参数对伸缩缝处碰撞效应和桥梁结构地震响应的影响,以某实际桥梁为背景,考虑碰撞能量耗散、桩土相互作用、桥台与台后填土相互作用以及支座和桥墩的非线性行为,采用CSIBridge建立桥台-引桥-刚构连续梁桥结构体系的有限元模型进行碰撞弹塑性动力分析。研究结果表明：不同主桥结构形式的主桥墩受力区别较大,相邻主桥墩高差较大时,选择连续梁桥结构体系更加合理。墩高增加使主引桥间动力差异增大,碰撞效应更加显著,仅对刚构墩受力影响较大。引桥跨数增多和伸缩缝间距增大分别使伸缩缝处碰撞效应增大和减小,碰撞抑制作用的增强和减弱也使得刚构墩内力和变形分别减小和增大,但对于其他桥墩基本无影响。     

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。     

斜交连续刚构桥桥墩地震易损性分析

以美国西部地区某斜交公路连续刚构桥为研究对象，研究其不等高墩易损性差异以及斜交角的改变对桥墩地震易损性的影响。考虑桥梁结构参数和地震动的不确定性，选取100条地震动，沿纵桥向输入，生成"结构-地震动"样本库，以地震动峰值加速度（PGA）为强度指标（IM），利用OpenSees软件对结构进行非线性时程分析得到桥墩动力响应，而后以桥墩曲率延性比衡量桥梁破坏状态，在确定桥墩损伤指标的基础上，采用可靠度理论得到各桥墩的地震易损性曲线，判断桥墩的损伤模式、损伤特点。在此基础上，改变桥梁斜交角度进行易损性分析，得到斜交角变化对桥墩地震易损性的影响。研究表明：该桥最矮墩发生损伤的概率大于其他桥墩，桥墩最先进入塑性的是墩顶和墩底区域；不同斜交角对桥墩的地震响应影响显著，各墩损伤破坏排序与斜交桥结构构造特点有关，同一排架墩的两侧墩柱易损性呈现与角度变化趋势相反的排列，损伤越严重，趋势越明显；对于此不等高的斜交刚构桥，最矮墩为其抗震薄弱环节，斜交角越大，越应该关注钝角处矮墩的损伤情况，并提高其设计标准，在进行斜交刚构桥抗震设计中应予以重视。     

Seismic performance evaluation of single damped‐outrigger system incorporating buckling‐restrained braces

The outrigger system is an effective means of controlling the seismic response of core‐tube type tall buildings by mobilizing the axial stiffness of the perimeter columns. This study investigates the damped‐outrigger, incorporating the buckling‐restrained brace (BRB) as energy dissipation device (BRB‐outrigger system). The building's seismic responses are expected to be effectively reduced because of the high BRB elastic stiffness during minor earthquakes and through the stable energy dissipation mechanism of the BRB during large earthquakes. The seismic behavior of the BRB‐outrigger system was investigated by performing a spectral analysis considering the equivalent damping to incorporate the effects of BRB inelastic deformation. Nonlinear response history analyses were performed to verify the spectral analysis results. The analytical models with building heights of 64, 128, and 256 m were utilized to investigate the optimal outrigger elevation and the relationships between the outrigger truss flexural stiffness, BRB axial stiffness, and perimeter column axial stiffness to achieve the minimum roof drift and acceleration responses. The method of determining the BRB yield deformation and its effect on overall seismic performance were also investigated. The study concludes with a design recommendation for the single BRB‐outrigger system.     

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。