高墩刚构桥考虑材料劣化的时变抗震性能分析

为了研究材料性能劣化对桥梁抗震性能的影响,以某高墩刚构桥及其服役环境为背景,分别计算得到了钢筋和混凝土的材料劣化时变规律,采用OpenSEES建立了不同服役年限的桥梁分析模型,基于推倒分析和增量动力分析研究了材料性能劣化对桥梁时变抗震性能的影响规律。研究表明:随着服役年限的增长,体系推倒曲线的等效屈服强度和屈服变形因劣化而不断下降,最大降幅均超过15%,而构件的等效屈服弯矩和等效屈服曲率最大分别下降了12. 47%和19. 88%;材料劣化在体系和构件两个层面上降低了桥梁的屈服性能,而对桥梁的初始刚度和动力特性的影响很小;当桥梁处于弹性状态时,材料劣化的影响可以忽略,当桥梁进入塑性状态后,材料劣化的影响随着桥梁塑性发展程度的加深而不断增大,墩底曲率延性系数最大增幅超过40%。因此,材料劣化对高烈度地区和采用延性设计方法的桥梁抗震而言是不可忽视的影响因素。     

考虑双向碰撞效应的连续斜交桥地震响应研究

为研究双向碰撞效应对连续斜交桥地震响应的影响,采用Kelvin-Voigt模型模拟桥台伸缩缝处的纵向碰撞现象,采用简化滞回模型模拟挡块与主梁的横向碰撞过程,针对某三跨连续斜交桥进行参数对比研究。研究表明,双向碰撞对主梁横向位移的影响远比纵向位移大,其中桥台间隙对主梁平面转角的影响最大,且平面转角随桥台间隙的增大而减小;横向碰撞对墩柱曲率变形的影响远比纵向碰撞大,其中挡块强度的影响特别大,当挡块强度由0%增至50%时,墩柱纵、横向曲率均值分别增大13.43倍、7.21倍。随着斜交角的增大,梁端纵向位移不断增大,横向位移和平面转角则先增后减;墩底纵向曲率不断增大,横向曲率经历先增后减\,再增的过程;纵向碰撞效应先减弱后增强,而横向碰撞效应则先增强后减弱。由于横向碰撞对墩柱的影响远大于纵向碰撞,因此在斜交角为15°～45°时,宜设法降低横向碰撞效应。     

近断层地震动对上承式拱桥动力响应的影响

为了揭示近断层地震作用下上承式钢筋混凝土拱桥的动力响应特点,以西南山区某上承式拱桥为背景,用OpenSEES平台建立了全桥非线性动力分析模型,探讨了近断层地震动的输入方式、脉冲效应和竖向地震动等三个关键因素对桥梁动力响应的影响规律。研究结果表明:地震输入方式对拱圈地震响应的影响较小,但对拱上立柱地震响应的影响很大,尤其是拱顶附近的短立柱,在抗震分析中,建议偏安全地采用三向地震输入方式;脉冲效应对拱桥地震响应的影响非常大,会导致拱圈、拱上立柱和桥面板地震响应大幅增加,桥面板残余平面转角甚至增大6倍以上;竖向地震动对拱圈轴力和面内弯矩、拱上立柱纵向弯矩和剪力的影响很大,拱顶处的面内弯矩放大倍数最大可达2.95,总体来说,采用规范所建议的方法考虑竖向地震是偏保守的。     

近断层地震下在役简支梁桥横向抗震性能分析

为了研究材料劣化对近断层区简支梁桥横向抗震性能的影响,揭示支座+挡块组合隔震效果随桥梁服役时间的变化规律,以汶川地震中某实际桥例为背景,考虑钢筋锈蚀和混凝土碳化的时变特点,建立了桥例非线性时变分析模型,采用时程分析研究了桥梁不同构件的劣化损伤规律,并对挡块强度的时变影响规律进行了参数分析。结果表明:随着服役年限的增长,墩柱抗弯能力不断减小,损伤程度不断加剧;材料劣化提高了挡块的相对限位能力,使得支座位移下降,但由于墩柱损伤加剧,桥梁整体抗震性能下降;挡块强度越大,其限位能力越强,但会降低支座的"隔震"效果,增大墩柱塑性变形,且服役时间越长,挡块强度的增大对墩柱越不利。当挡块强度取20%～30%支反力时,不同服役年限下的支座和主梁位移都能得到有效的控制,而桥墩也处于可修复的损伤状态,对于桥例而言是合理强度取值,且与美国Caltrans规范吻合。     

考虑河谷场地效应的大跨CFST拱桥地震响应分析

本文对某特大跨上承式铁路钢管混凝土拱桥建立“V”型河谷场地有限元动力计算模型,结合时空解耦的时域动力有限元方法,研究“V”型河谷场地效应对其地震响应的影响,并考虑地震入射角、行波速度及地震动峰值等因素对场地效应的影响。结果表明:海拔高且坡度均匀的地形使地震波在反射过程中能量增大,海拔较低且坡度下陡上缓的地形使地震波在反射过程中能量减少,“V”型河谷场地效应使大部分钢管混凝土拱圈截面内力测量值放大作用明显;“V”型河谷场地地形效应与地震波的入射角、行波速度及加速度峰值等因素均有关联,且CFST拱肋面外受弯抗震性能受行波速度的影响较大。因此,钢管混凝土拱桥抗震设计中应注意场地地形效应及行波速度的影响。     

采用板式橡胶支座的连续斜梁桥横向抗震行为研究

为了提高采用板式橡胶支座的斜梁桥横向抗震能力,揭示其在不同设计参数下的横向抗震行为,考虑板式橡胶支座的滑移、钢筋混凝土挡块的滞回力学性能、桥台-背土效应等非线性因素,采用OpenSEES建立某连续斜梁桥的三维分析模型,提出支座位移评价指标、主梁平面转角指标、墩柱曲率延性指标和抗剪指标,研究不同挡块强度和间隙组合下桥梁的横向抗震性能。研究表明:同时增大挡块强度和间隙,总体上会降低支座的横向变形,但会增加其纵向变形;挡块强度越高,主梁的横向位移有所下降,但平面转角越大,对两侧桥台处的支座抗剪越不利;挡块强度越高,间隙越小,墩柱越有可能进入弹塑性状态。在本文桥例中,当挡块强度取40%支反力,间隙取0.08m时,所有抗震指标都可满足规范要求。     

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。     

地震作用下双薄壁高墩刚构桥桥台处的碰撞效应及减碰措施

针对双薄臂高墩连续刚构桥两侧桥台处主梁与背墙的碰撞现象,基于桥台-背土作用简化模型和Kelvin碰撞模型,采用非线性时程法研究碰撞对双薄臂墩地震剪力、弯矩、曲率和位移,以及支座纵向变形的影响。提出可牺牲背墙、阻尼器、加强型横系梁等三种减碰措施,并对比分析其减碰效果。研究表明:碰撞会显著增大高墩的地震内力和曲率响应,降低墩顶位移和支座的纵向变形;碰撞刚度的变化对碰撞效应的影响在20%以内;可牺牲背墙和阻尼器两种减碰措施均可大幅降低桥墩的地震内力和曲率,使其接近不考虑碰撞时的状态,阻尼器同时还可以保护支座不超过容许变形,而可牺牲背墙则会导致支座的地震破坏;加强型横系梁不能发挥减碰作用,反而会增大桥墩的地震响应。