轨道约束系统对高速铁路多跨简支梁桥地震反应的影响

文中结合高速铁路多跨简支梁桥及轨道系统的特点,建立了考虑钢轨、轨道板以及桥梁结构的线桥一体化模型,采用反应谱法研究了轨道约束系统以及相邻后继结构对所选桥跨地震反应的影响。研究结果表明:轨道约束系统对相邻墩高相差较大的多跨简支梁桥的地震反应影响较大,因此对其地震反应分析时应采用线桥一体化模型;由于受端刺等路桥过渡段结构纵向刚度的影响,后继结构的桥梁跨数越少,对边墩地震反应的卸载作用越显著。     

无砟轨道系统对铁路减隔震桥梁地震响应的影响

为研究轨道约束对基于摩擦摆支座桥梁地震反应的影响,结合高速铁路大跨度连续梁桥的特点,分别建立了传统抗震分析模型与线桥一体化分析模型,并进行了非线性时程分析。结果表明:(1)轨道系统放大了大跨度铁路减隔震连续梁桥各墩的地震响应,尤其是联间墩的增幅最为明显;(2)轨道系统对连续梁桥邻近几跨简支梁桥的地震反应有一定程度的降低;(3)对大跨度铁路减隔震连续梁桥进行抗震分析时,应将邻近几跨简支梁桥作为边界条件,并考虑轨道约束的影响,采用线桥一体化模型分析。     

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。     

SSI效应对大跨高墩桥梁弹塑性地震响应的影响

基于大型有限元分析软件ANSYS,根据大跨高墩桥梁的结构特点,利用水平和转动弹簧单元建立了考虑土结相互作用的大跨高墩桥梁的有限元计算分析模型,并结合现行的《铁路工程抗震规范》,合理地选取强震记录作为地震动输入,进行了大跨高墩桥梁的弹塑性地震响应分析。分析结果表明:较软的土质条件会导致大跨高墩桥梁弹塑性地震响应的增大;地基系数的比例系数则是影响数值计算结果增大的重要因素;土结构相互作用并没有改变地震动峰值加速度PGA对超高桥墩弹塑性地震响应的影响。研究结果可为大跨超高桥墩的抗震设计和验算提供参考。     

基础非线性对桥墩地震反应的影响

在桩基础桥墩滞回特性的模型试验基础上,提出了用Clough模型模拟基础(地基)的恢复力特性。桥墩采用Takeda恢复力模型。用强震记录与人工合成地震动作为输入对铁路简支梁桥进行了非线性地震反应分析,讨论了不同地震动输入及不同地震强度时基础非线性对桥梁地震反应的影响。研究结果表明,考虑基础的非线性一般会使墩顶位移增大,而墩底的曲率明显减小,且随着地震动强度的增加,基础的非线性影响更加明显。     

铁路多跨矮塔斜拉桥抗震性能评估

以某铁路多跨部分矮塔斜拉桥为研究对象建立了全桥空间动力计算模型,分别采用反应谱法及非线性时程反应法分析了该桥的弹性及弹塑性地震反应,并进行了抗震性能评估。结果表明：（1） 在多遇地震下2#制动墩的顺桥向地震作用较大,控制该桥的抗震设计;（2）在多遇地震下该桥主塔及桥墩的强度均满足规范要求;（3）在罕遇地震下主塔的强度满足规范要求;（4） 在罕遇地震下桥墩的塑性铰转动能力满足要求,且安全储备较大。     

地震作用下简支梁桥非线性碰撞分析

采用能量原理建立了能考虑梁薄壁特性的桥梁上部结构梁段单元动力分析模型,利用非线性接触单元Kelvin碰撞模型,考虑非线性支座的滞回特性(采用W en模型),选择适合不同场地条件的地震波,以京港澳高速公路孟姜女河桥(3跨简支梁桥)为例,进行了桥梁结构纵向碰撞非线性地震响应分析。计算结果表明,随着地震波强度的增加,桥梁上部结构碰撞次数明显增加,结构响应峰值均有所增大;跨间碰撞发生对地震响应值影响较大;伸缩缝间距大小及各跨长度比变化对跨间碰撞效应影响很大;结构碰撞响应对输入地震波具有较强的频谱敏感性;桥梁碰撞计算时桥台铅芯橡胶支座不能简单按简支约束处理。所得结论可供桥梁抗震设计参考。     

多跨简支规则直线梁桥横桥向地震反应合理简化计算模型研究

以多跨简支的直线梁桥为研究对象,在对比分析主要抗震国家现行桥梁抗震设计规范关于结构横向地震反应计算所采用的简化方法的基础上,通过变化跨径比、墩高、桥墩刚度比等主要结构设计参数,对刚性梁模型与柔性梁模型在模拟结构横桥向地震反应方面的合理性进行比较,提出了适用于多跨简支规则直线梁桥横向地震反应计算的合理简化模型,并对简化计算方法进行改进。     

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。     

简支梁桥减震半主动控制算法研究

总结了6种半主动控制算法,采用黏滞阻尼器,对一座三跨简支梁桥进行了不同地震动输入下的半主动控制地震反应计算分析,比较分析了不同地震动输入和半主动控制算法对简支梁桥地震反应控制效果的影响。结果表明,半主动控制能有效地减小桥梁结构的大部分地震反应,同时可能会放大另外部分地震反应,这与地震动输入密切相关,不同地震动输入下的控制效果各不相同。所提六种半主动控制算法中,算法2、5、6对该简支梁桥地震反应的减震效果相对最好,这与各种算法的阻尼器耗能大小有关。     

基于性态的液化场地多跨桥梁桩基地震响应分析

针对液化场地多跨简支桩基桥梁体系,考虑地震随机性的不确定性和认知的不确定性,结合地震危险性曲线自身的不确定性,推导性态指标危险性曲线的解析表达式.利用地震动强度指标PGV/PGA,输入不同幅值的地震动,进行液化场地多跨桩基桥梁体系地震反应有限元分析.基于有限元数值分析结果,选取地震过程中关键位置位移和弯矩的最大值作为性...     

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。     

Implications of seismic pounding on the longitudinal response of multi-span bridges-an analytical perspective

Seismic pounding between adjacent frames in multiple-frame bridges and girder ends in multi-span simply supported bridges has been commonly observed in several recent earthquakes. The consequences of pounding include damage to piers, abutments, shear keys, bearings and restrainers, and possible collapse of deck spans. This paper investigates pounding in bridges from an analytical perspective. A simplified nonlinear model of a multiple-frame bridge is developed including the effects of inelastic frame action and nonlinear hinge behavior, to study the seismic response to longitudinal ground motion. Pounding is implemented using the contact force-based Kelvin model, as well as the momentum-based stereomechanical approach, Parameter studies are conducted to determine the effects of frame period ratio, column hysteretic behavior, energy dissipation during impact and near source ground motions on the pounding response of the bridge. The results indicate that pounding is most critical for highly out-of-phase frames and is not significant for frame period ratios greater than 0.7. Impact models without energy dissipation overestimate the displacement and acceleration amplifications due to impact, especially for elastic behavior of the frames. Representation of stiffness degradation in bridge columns is essential in capturing the accurate response of pounding frames subjected to far field ground motion. Finally, it is shown that strength degradation and pounding can result in significant damage to the stiffer frames of the bridge when subjected to large acceleration pulses from near field ground motion records.     

Implications of seismic pounding on the longitudinal response of multi-span bridges - an analytical perspective

Seismic pounding between adjacent frames in multiple-frame bridges and girder ends in multi-span simply supported bridges has been commonly observed in several recent earthquakes. The consequences of pounding include damage to piers, abutments, shear keys, bearings and restrainers, and possible collapse of deck spans. This paper investigates pounding in bridges from an analytical perspective. A simplified nonlinear model of a multiple-frame bridge is developed including the effects of inelastic frame action and nonlinear hinge behavior, to study the seismic response to longitudinal ground motion. Pounding is implemented using the contact force-based Kelvin model, as well as the momentum-based stereomechanical approach. Parameter studies are conducted to determine the effects of frame period ratio, column hysteretic behavior, energy dissipation during impact and near source ground motions on the pounding response of the bridge. The results indicate that pounding is most critical for highly out-of-phase frames and is not significant for frame period ratios greater than 0.7. Impact models without energy dissipation overestimate the displacement and acceleration amplifications due to impact, especially for elastic behavior of the frames. Representation of stiffness degradation in bridge columns is cssential in capturing the accurate response of pounding frames subjected to far field ground motion. Finally, it is shown that strength degradation and pounding can result in significant damage to the stiffer frames of the bridge when subjected to large acceleration pulses from near field ground motion records.     

玛多地震中大野马岭大桥震害机理分析

2021年5月22日青海玛多发生了M_s7.4级地震,从地震中桥梁震害情况看:此次地震的特点是断层北侧震害轻,南侧震害重。位于断层南侧的野马滩大桥是简支梁桥,发生大量落梁,是此次地震中受损最为严重的大桥之一;而位于北侧的大野马岭大桥是连续梁桥,仅发生了部分挡块开裂。其中原因值得深入研究。本文通过有限元分析软件Midas/Civil建立大野马岭大桥（上行线）模型,进行地震反应分析,讨论分析了大野马岭大桥在此次地震中的震害机理。发现南北向的地震动是造成该桥横向挡块破坏的主要原因,东西向地震动因受到桥台和纵向挡块的约束并没有出现严重损伤。若将该桥由连续梁桥变成简支梁桥,地震反应会有所变化,但总体趋势特点变化并不大。另外,本文通过现有资料选定5组地震动作为输入,进行地震反应分析,比较分析不同地震动对该桥的影响,并验证地震动模拟效果。     

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。     

高墩梁桥地震响应分析

本文将对两座高墩桥梁的地震响应进行分析,一座是连续-刚构组合梁桥,另一座是刚构桥。这两种是高墩桥梁普遍采用的桥型,对其进行详细的动力分析对此类桥梁的抗震设计具有一定的指导作用。针对这两种桥梁结构,本文首先分析直接影响结构动力响应的自振特性,从中总结高墩桥梁的特点,然后采用反应谱法、时程分析法分析结构地震响应,并对其结果进行比较,同时讨论桩-土相互作用对高墩桥梁地震响应的影响。     

高烈度区大跨刚构-连续梁桥地震响应分析

为研究大跨刚构-连续梁桥在高烈度地区的地震响应,选取羊记沟左线大桥为工程背景,利用Midas软件建立多个有限元模型,考虑纵、横桥向的水平地震波输入,比较反应谱与时程分析结果,获得结构动力响应特点,为大跨刚构-连续梁桥的抗震设计提供参考依据。结果表明:刚构-连续体系仅单墩刚构时不宜采用反应谱分析,高烈度地区桥梁进行地震响应时程分析时,选用与场地适应的地震波的同时,应考虑采用本地地震参数转化人工波作为地震激励源。桥墩不等高时,可通过改变墩截面形状及其与主梁连接方式调节内力分布,避免矮墩刚度大导致的内力集中。