主余震下近海钢筋混凝土桥墩全寿命抗震分析

我国近海桥梁具有服役期长、工作环境恶劣并且面临较高的地震作用风险等特点。本文分析了全寿命周期内高性能混凝土中氯离子腐蚀作用,采用10组相同台站记录的实际主余震记录构造出新的主余震地震序列,利用增量动力分析(IDA)和地震易损性方法分析了主余震地震序列和氯离子腐蚀对桥墩抗震性能的影响。分析结果表明:在轻微破坏状态下,服役时间和地震序列对桥墩地震易损性影响不大;在中等破坏、严重破坏和完全破坏状态下,服役时间和地震序列作用均对桥墩地震易损性有很大影响,桥墩更容易进入危险状态。     

高强钢筋ECC-RC复合桥梁地震易损性分析

考虑高强钢筋、ECC等高性能材料在桥梁工程中的推广应用,针对普通钢筋混凝土桥墩抗震性能相对较差的情况,研究高强钢筋ECC-RC复合桥墩的桥梁抗震性能。通过OpenSees平台建立普通RC桥墩桥梁、ECC-RC复合桥墩桥梁及高强钢筋ECC-RC复合桥墩桥梁非线性有限元模型,采用增量动力法和"能力需求比"分析方法建立桥梁各构件及系统的地震易损性曲线,探讨高强钢筋及ECC对桥梁抗震性能的影响。研究表明:ECC-RC、高强钢筋ECC-RC复合桥墩及其桥梁系统的地震易损性均有改善,且高强钢筋ECC的改善效果更显著,高强钢筋ECC-RC复合桥墩支座的地震易损性有所降低,高强钢筋及ECC的应用有助于提高桥墩和桥梁系统抗震性能和安全性,特别是在中震及大震作用下这一现象更加明显。     

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。     

基于IDA分析的深水隔震桥梁抗震性能评估

考虑地震动水压力和波浪效应的共同作用,建立了隔震桥梁的弹塑性有限元分析模型,从太平洋地震研究中心(PEER)的数据库中选取17条天然地震记录对桥墩、铅芯橡胶支座(LRB)进行了IDA分析,通过对IDA曲线的统计形成了桥墩和LRB的概率分位曲线,进而对桥墩、LRB及桥梁系统进行了抗震性能评估。分析得出,基于IDA的抗震性能评估曲线不仅能够清楚地反映出隔震桥梁在不同强度地震下的损伤状况,也能够结合结构所定义的极限状态评估出结构能够抵抗地震等级的大小。桥墩和LRB在17条天然地震动作用下的IDA曲线都表明,随着地震动加速度峰值的增加,各曲线的离散程度愈明显;LRB和桥墩抗震性能的评估显示,LRB在加速度峰值0.1g左右时开始进入屈服阶段,先于桥墩和桥梁结构破坏,故能够起到保护桥梁的作用。     

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。     

CFRP加固对预制节段拼装桥墩抗震性能的影响

为提升预制节段拼装桥墩的抗震性能,采用碳纤维增强复合材料(CFRP)对预制节段拼装桥墩在地震中易损伤部位进行加固。基于既有试验,建立缩尺的预制节段拼装桥墩三维实体有限元模型,分析预制节段拼装桥墩在循环往复荷载情况下的恢复力特性以及破坏情况。分别采用箍筋加密和外包CFRP布对预制节段拼装桥墩底部节段进行加固,对比两种加固方式对预制节段拼装桥墩抗震性能的影响。研究结果表明,CFRP包裹桥墩底部节段能够增强桥墩整体刚度和承载能力,并且使得桥墩的刚度退化更加平缓,有利于预制节段拼装桥墩在地震作用下保持自身力学特性的稳定,确保桥梁整体的安全。     

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。     

多年冻土区桥梁的地震反应

首先研究了冻土区桥梁的抗震计算方法,对波动法和惯性力法的计算结果进行厂对比分析。对比结果表明惯性力法的计算结果偏大,但当基岩的剪切波速很大时,两种方法的结果接近。然后,采用波动法对季节性冻土区和多年冻土区桥梁结构进行了地震反应分析,研究了冻土层的变化对桥梁结构地震反应的影响,得到了不同冻土厚度、不同墩高时桥墩地震内力分布的规律。计算结果表明,冻土层的存在对桥梁的地震反应具有显著影响,桥墩的地震反应在冬夏两季具有显著区别。     

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。     

美国API RP2A-WSD规范对我国海洋石油平台抗震设防的启示

我国尚未制定海洋石油平台的抗震设计规范,目前世界海洋油气行业的抗震标准主要执行的是美国RP2A—WSD规范,该规范是基于是美国近海岸地震危险性区划结果而制定．本文介绍了RP2A-WSD规范及美国近海岸地震区划研究结果,论述了我国渤海海域地震活动性特性与地震动参数的研究内容,渤海海域是我国海洋石油开发的主要场所,且地震活动性较高,与美国南加利福尼亚近海岸具有可比性,然后对两者进行对比分析,并依据两者之间的对比结果,以及海洋石油平台的重要性和使用特征,对我国海洋石油平台的抗震设防标准和设防水准提出建议。     

汶川大地震公路桥梁震害初步调查

2008年5月12日我国四川省汶川县发生8级大地震,造成大量公路桥梁破坏。本文详细介绍了百花大桥、小鱼洞大桥、庙子坪大桥、龙尾大桥等9座典型公路桥梁的震害情况及原因。这个地区的桥梁主要为桥面连续简支梁桥,支座多为直接搁置的板式橡胶支座,地震中稳定性较差,主梁与桥墩连接较为薄弱,更多地发生横、纵向移位,乃至最终落梁。这种薄弱连接一定程度上降低了桥墩的地震荷载,总体上看桥墩震害较轻,但从破坏的桥墩、拱肋、盖梁来看,直接剪切或形成弯曲塑性铰后的剪切破坏较为多见。提出了公路桥梁抗震设计若干建议,涉及桥台抗震稳定性及强度校核、曲线梁桥和高墩桥梁设计、支座及防落梁措施设计、桥墩及构件延性设计、场地液化等多个方面。强调了抗震构造措施能够维持公路桥梁大震后应急通行功能的"最强设计原则"。     

波浪力对深水桥墩结构在地震和冰荷载作用下的响应影响分析

考虑到波浪力对深水桥墩地震响应和冰振响应的影响,本文基于非线性Morision方程,同时考虑附加质量效应和流固耦合效应,通过建立深水桥墩结构有限元分析模型及动力平衡方程,对深水桥墩结构进行了波浪、冰荷载、地震3种环境激励荷载单独作用下,以及不同组合形式共同作用下的数值分析;进而对计算结果进行了比较,探讨了动水压力对深水桥墩结构响应的影响程度,可为今后深水桥墩抗震以及抗冰设计提供一定的借鉴和参考。     

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。     

强震下港珠澳连续梁隔震桥抗震性能研究

以实际港珠澳大跨度连续梁隔震桥为研究对象,采用纤维塑性铰单元模拟钢筋混凝土桥墩的非线性状态,建立其三维全桥有限元模型,对隔震及非隔震桥梁进行时程分析,采用桥墩曲率延性比和支座极限容许位移作为桥梁损伤破坏指标,定量评价隔震及非隔震桥梁在罕遇和极罕遇地震作用下的抗震性能,探讨隔震桥梁和非隔震桥梁的破坏模式;并研究材料非线性对桥梁结构地震响应的影响。研究结果表明：是否考虑材料非线性,对非隔震桥梁结构地震响应影响较大,对隔震桥梁影响较小;强震下隔震桥梁抗震性能明显高于非隔震桥梁,且破坏模式也不同于非隔震桥梁;隔震桥梁很好地保护桥墩构件,桥墩未发生任何损伤,而非隔震桥梁其桥墩在极罕遇地震作用时进入了严重破坏状态,且桥墩构件先于盆式支座发生损伤破坏。     

基于模糊理论的高铁连续梁桥地震风险评估

以某高速铁路线上一座连续梁桥为例,运用模糊综合评判法,结合基于位移的支座损伤分析和截面曲率的桥墩损伤分析,以全概率理论地震损失模型为基础,提出了基于模糊理论的桥梁系统地震经济风险评估方法。结果表明:综合考虑桥梁系统的模糊地震经济风险分析方法能更全面地计算出连续梁桥在地震作用下的经济损失,仅以桥墩构件代表全桥所得地震经济损失误差较大。基于模糊理论的年预期损失风险框架方法通过结构抗震性能的概率特征可对高速铁路连续梁桥的地震直接经济风险进行全面评估,为该类桥梁的抗震设计、维修加固和灾后重建等方案做出合理评价。     

中欧规范RC桥墩抗震设计及验算方法对比研究

地震作用下钢筋混凝土（RC）桥墩容易损坏。为完善RC桥墩的抗震设计及验算方法,对比最新中国和欧洲规范中关于RC桥墩的延性抗震设计及验算方法的不同之处。基于Midas/Civil软件所建立的常规连续梁桥有限元模型,对比分析采用中欧规范开展的RC桥墩延性抗震设计及验算结果。结果表明:中欧规范中关于RC桥墩的延性抗震设计理念、抗剪和变形验算方法及延性构造细节均有区别。基于中欧规范设计的RC桥墩配筋情况存在差异。与中国规范相比,欧洲规范关于RC桥墩的横向钢筋配筋率和纵筋最小配筋率要求较高,有利于保证结构的抗剪强度和延性;箍筋最大间距要求较低,不利于防止纵筋压曲。     

少筋混凝土重力式桥墩抗震研究现状

我国铁路桥梁普遍采用少筋混凝土重力式桥墩（配筋率<0.5%）,现有普通钢筋混凝土结构的延性抗震理论不适用于该类型桥墩。为了促进我国铁路重力式桥墩抗震理论的发展,详细论述了我国少筋混凝土重力式桥墩的研究现状和存在问题。首先,对少筋混凝土重力式桥墩的破坏特征及破坏机理进行了总结;其次,分析了各参数对少筋混凝土重力式桥墩抗震性能的影响;再次,对目前少筋混凝土重力式桥墩的抗震设计方法进行了汇总与分析;最后,对少筋混凝土重力式桥墩的数值分析模型进行了归纳与分析。通过对现有研究的汇总发现:目前对少筋混凝土重力式桥墩的试验研究主要以拟静力方法为主,还缺少振动台试验研究其动力状态下的破坏机理及抗震性能;少筋混凝土重力式桥墩的破坏机理及其与各影响因素之间的定量关系还不明确;已提出的少筋混凝土重力式桥墩的抗震设计方法存在塑性铰区计算不合理等问题,还需要进一步的完善。为少筋混凝土重力式桥墩抗震研究提供了方向。     

基于OpenSees的钢筋混凝土桥墩抗震数值分析模型

地震荷载作用下钢筋混凝土桥墩易发生严重破坏,模拟桥墩在循环荷载作用下的非线性滞回反应是桥梁抗震研究的重要内容。以8个发生弯曲破坏的钢筋混凝土桥墩抗震拟静力试验结果为依据,基于Open Sees中的非线性梁柱单元、零长度转动弹簧单元和零长度剪切弹簧单元,建立了考虑弯曲、粘结滑移和剪切变形的桥墩抗震数值分析模型。将模拟得到的试件滞回曲线,墩顶弯曲、粘结滑移和剪切变形等成分、初始刚度和残余位移与试验结果进行了对比。结果表明,所建模型对各桥墩的滞回曲线、各变形成分、初始刚度和残余位移有较好的模拟效果。     

关于海洋平台抗震设防水准的考虑

我国尚未制定海洋平台的抗震设计规范,本文首先将美国API-RP2A(2002)和GB17503-1998规范作分析对比,并结合美国南加利福尼亚地区和我国渤海海域地震活动性的情况,认为GBl7503-1998规范的抗震设防概率水准似乎过于保守。根据我国海域地震活动特征、海洋平台的设计基准期和设防目标等因素,参照相关行业工程抗震设防标准的经验,提出海洋平台用于强度设计的正常极限地震重现期取200年、用于延性设计的变形极限地震重现期取3000年,并与有关行业工程抗震设防标准进行了比较分析。     

桥梁抗震研究的近期进展

近期在智利圣地亚哥召开的第16届世界地震工程大会汇集了世界地震工程领域最新研究成果,有关桥梁抗震研究方面的论文就有90多篇,主要涉及大跨度桥梁的抗震设计、基于地震可恢复性的桥梁减震隔震措施、桥墩的抗震性能研究、桥梁的碰撞与接触问题、桥梁的地震反应分析等方面的内容。本文就这些方面的内容进行分类汇总和介绍,并谈了几点体会。很显然,桥梁抗震研究的发展趋势也会与整个地震工程界倡导的可恢复性的抗震设计理念同步,在可方便替换"保险丝"构件、摇摆自复位体系、更有效的减震隔震措施等方面有所推进。从大会报告的内容看,减隔震装置和桥墩自复位体系都是当前桥梁抗震研究的热点课题,如果将两者同时用于桥梁体系,进行优化设计,会有更好的抗震效果。