双肢空腹式型钢高强混凝土短肢剪力墙抗震性能试验研究

通过一榀型钢混凝土梁连接的空腹式型钢高强混凝土短肢剪力墙模型的拟静力试验,考察该类双肢墙的抗震性能及破坏机制。试验结果表明:试件从型钢高强混凝土连梁屈服形成塑性铰,再到墙肢屈服发生破坏,呈现出强墙肢弱连梁的破坏机制,但破坏过程中仍具有较强的脆性特征;试件延性系数、耗能等效黏滞阻尼系数为4.15和0.170,表明该类结构具有较好的抗震变形及耗能能力;当水平位移比Δ/Δ_y=2时,试件剩余刚度只有初始刚度的23.6%,表明该类结构在连梁遭受地震损伤后的刚度退化严重,抗侧稳定性变差。     

混凝土小型空心砌块组合墙抗侧力试验研究

扼要介绍了纵、横向混凝土小型空心砌块组合墙在竖向菏载和往复侧推力共同作用下的受力机理、变形特征和破坏形态；在试验研究和有限元计算分析的基础上，提出砌块组合墙抗侧刚度和抗侧承载力的简化计算公式，可供工程设计参考。     

抗震结构柱端塑性铰形成机制有限元分析

针对汶川地震中钢筋混凝土结构出现大量的脆性破坏,以抗震结构设计中的塑性铰为研究目标,应用ANSYS程序对框架结构中最易出现塑性铰的节点部位进行了有限元分析。计算中采用了钢筋单元与混凝土单元变形不协调模型。结果显示,引起柱端脆性破坏的原因在于节点部位梁与柱的刚度失衡,柱端延性下降。目前抗震设计规范中的"强柱弱梁"、"强剪弱弯"原则和相关措施,不能保证塑性铰一定出现在梁端,结构抗震设计中常用的本构关系模型有待改进。     

反复荷载下钢筋混凝土框架柱抗剪承载力分析

钢筋混凝土框架柱作为高层房屋建筑的主要承重构件,在历次地震中因框架脆性剪切破坏而造成结构严重损坏甚至倒塌的现象十分常见.本文通过分析有关试验资料,提出了钢筋混凝土框架柱塑性铰区剪切强度的计算公式及有关构造措施,以保证框架柱在一定延性条件下具有足够的抗剪强度,实现"强剪弱弯"的抗震设计原则,使抗震设计的框架结构具有足够的强度和良好的延性,以配合混凝土结构设计规范(GBJ10-89)的修订工作.本文的主要结论已被规范(GBJ10-2000)修订所采纳.     

空斗墙抗剪性能试验研究及有限元分析

通过24片1/2模型的空斗墙墙体和3片1/2模型的实砌墙体,在低周反复荷载下试验,研究3种砌筑方式的空斗墙在2种高宽比、4种砂浆强度和2种竖向压应力的影响下,墙体的抗剪承载力和破坏模式。建立有限元分析模型,分析砌筑方式、材料强度、高宽比和竖向压应力对空斗墙抗剪性能的影响。研究表明:不同砌筑方式的空斗墙极限荷载接近,约为实砌墙体的60%～85%;抗剪承载力随着砖和砂浆强度的提高而增大;抗剪承载力随着高宽比的增大而减小,破坏模式从剪切破坏转变为弯曲破坏;当N/Nu=0.6左右时,抗剪承载力最大。在此基础上提出空斗墙的抗剪强度计算公式。     

反复荷载下钢筋混凝土框架柱杭剪承载力分析

钢筋混凝土框架柱作为高层房屋建筑的主要承重构件,在历次地震中因框架脆性剪切破坏而造成结构严重损坏甚至倒塌的现象十分常见。本文通过分析有关试验资料,提出了钢筋混凝土框架柱塑性铰区剪切强度的计算公式及有关构造措施,以保证框架柱在一定延性条件下具有足够的抗剪强度,实现“强剪弱弯”的抗震设计原则,使抗震设计的框架结构具有足够的强度和良好的延性,以配合混凝土结构设计规范（ＧＢＪ１０－８９）的修订工作。本文的     

灌浆套筒连接装配式剪力墙爆炸响应及参数分析

为了研究采用灌浆套筒连接装配式剪力墙结构的抗爆性能,应用显式动力分析软件LS-DYNA建立了现浇剪力墙和装配式剪力墙的有限元模型,对不同爆炸荷载下剪力墙的破坏形态和动态响应进行了模拟分析;扩充影响参数范围,进一步研究了墙体厚度和混凝土强度等级等因素对装配式剪力墙结构抗爆性能的影响。数值分析表明:对于装配式剪力墙,由于坐浆层处存在新旧混凝土的薄弱粘结面,爆炸作用下首先发生破坏,爆炸应力波聚集于坐浆层周围的墙体内部,导致局部发生脆性破坏;现浇剪力墙刚度分布比较均匀,爆炸作用下背爆面的混凝土首先被拉裂,最终发生弯曲破坏;增加墙体厚度、提高混凝土强度等级和改变炸药爆炸位置均可改善装配式剪力墙的抗爆性能。     

青藏高原重力场与壳幔结构分析

本文基于重力资料, 分析了青藏高原壳幔结构模型、 高原陆内形变动力学条件、 高原深部物质运动特征及动力学机制。 研究表明, 重力布格异常和自由空间异常除了分别反映大地水准面之下的“剩余”密度信息和大地水准面之上的“附加”密度信息之外, 还可以组合在一起反映壳幔结构的流变学信息。 在整体处于Airy 重力均衡状态下, 如果局部布格异常与空间异常同向减小, 则是弱地壳强地幔的反映; 如果布格异常减小空间异常增大, 则是强地壳弱地幔的反映。 笔者认为, 青藏高原南部多为强地壳弱地幔地段, 东部既有强地壳弱地幔地段, 也有下地壳柔性-上地幔脆性地段, 北部多为弱地壳强地幔地段。 高原南北两侧板块边界的挤压力对高原做功, 重力位能使高原物质向低位势转移, 产生流变变形, 导致南区和北区主要为挤压变形区, 东区主要为构造伸展-侧向挤出区。 由于壳幔结构的差异, 不同地区驱动变形所需位能大小不同。 相同位能条件下, 南部更易于隆升, 东部更易于流变伸展。     

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"。     

强震作用下桥台对斜交连续梁桥抗震性能的影响研究

为研究强地震作用下,桥台及台后土体对斜交连续梁桥抗震作用的影响。以一座三跨连续斜交箱梁桥为依托,应用sap2000建立不同斜度的模型,针对有、无桥台两种工况,采用非线性时程分析方法,研究了纵向不同地震动强度输入下,桥台及台后土体作用对不同斜度的连续梁桥主梁和桥墩位移的影响规律,并对桥墩的延性性能进行分析。研究结果表明:桥台及台后土体的存在会抑制主梁的纵向位移,大大增加主梁梁端的横向位移,地震动幅值越大,这种作用越明显;桥台及台后土体作用会减小墩顶纵向位移和墩底纵向弯矩,降低桥墩纵向位移延性需求,提高桥墩纵向安全性,斜交角越大,该影响效果越小;桥台作用对桥墩的横向反应几乎无影响。建议在桥梁抗震设计时应考虑桥台以及台后土体的作用,并针对不同斜度的连续梁桥采取相应的抗震措施,以提高其抗震性能。     

梁的约束对液化场地桥台震害模式的影响分析

为深入研究液化场地梁的约束对桥台震害模式的影响,首先在对唐山地震中胜利桥震害调查的基础上,采用有限元软件UWLC对该桥震害进行数值模拟分析,并将数值模拟结果与实际震害结果进行对比验证。研究结果表明:数值模拟结果与实际震害结果基本一致,说明采用UWLC软件进行震害数值模拟分析是可行的。然后对有、无桩基条件下梁的约束力和液化层厚度对桥台震害模式的影响分别进行数值模拟分析。研究结果表明:在地震作用下,桥梁发生落梁破坏后会导致桥台的滑移破坏更为严重。与无桩基的重力式桥台不同,桩基桥台的震害模式均表现为前倾式破坏,这主要是因为桩基础限制了桥台底部的水平移动。梁的约束力对桩基桥台震后残余位移的影响程度要明显小于无桩基桥台。对于重力式桥台,液化砂层对地震波的中高频段有一定滤波作用,反映出液化层的减震作用;而对于桩基桥台,由于桩-土-台身的相互作用,液化砂层的减震效果不明显。     

Effect of abutment modeling on the seismic response of bridge structures

Abutment behavior significantly influences the seismic response of certain bridge structures. Specifically in the case of short bridges with relatively stiff superstructures typical of highway overpasses, embankment mobilization and inelastic behavior of the soil material under high shear deformation levels dominate the response of the bridge and its column bents. This paper investigates the sensitivity of bridge seismic response with respect to three different abutment modeling approaches. The abutment modeling approaches are based on three increasing levels of complexity that attempt to capture the critical components and modes of abutment response without the need to generate continuum models of the embankment, approach, and abutment foundations. Six existing reinforced concrete bridge structures, typical of Ordinary Bridges in California, are selected for the analysis. Nonlinear models of the bridges are developed in OpenSees. Three abutment model types of increasing complexity are developed for each bridge, denoted as roller, simplified, and spring abutments. The roller model contains only single-point constraints. The spring model contains discrete representations of backfill, bearing pad, shear key, and back wall behavior. The simplified model is a compromise between the efficient roller model and the comprehensive spring model. Modal, pushover, and nonlinear dynamic time history analyses are conducted for the six bridges using the three abutment models for each bridge. Comparisons of the analysis results show major differences in mode shapes and periods, ultimate base shear strength, as well as peak displacements of the column top obtained due to dynamic excitation. The adequacy of the three abutment models used in the study to realistically represent all major resistance mechanisms and components of the abutments, including an accurate estimation of their mass, stiffness, and nonlinear hysteretic behavior, is evaluated. Recommendations for abutment modeling are made.     

地震作用下曲线梁桥双向碰撞作用影响分析

碰撞作用直接影响到桥梁不同构件的地震响应,是桥梁抗震研究中一直关注的问题。针对地震作用下曲线梁桥因主梁面内转动而发生主梁与切向桥台和径向挡块碰撞的现象,以1座3跨预应力混凝土连续梁桥为例,采用非线性时程分析方法,对曲线连续梁桥的双向碰撞作用影响进行研究,并分析了不同减撞措施的效果。结果表明:考虑双向碰撞作用后,下部结构响应有明显增加,主梁转动现象变得复杂,曲线梁桥地震响应分析中应通过建立精细化模型来考虑主梁双向碰撞作用的影响;在切向桥台处设置限位拉锁装置能起到较好的减轻双向碰撞作用的影响,以及采用减隔震设计后,减撞效果更明显,桥梁抗震性能明显改善,但合理减撞措施设计参数应结合曲线梁桥约束体系及结构设计参数进行体系分析确定。     

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。     

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。     

桥梁桩基震害特点及其破坏机理

20世纪60年代以来,国内外发生了多次强震,如日本神户地震、日本新泻地震、台湾集集地震、美国洛马普列塔地震等。在这些地震中大量的桥梁桩基遭到破坏,破坏形式复杂多样,如土体液化引起的桩基下沉、桩帽与承台的连接失效、桩基随土体侧移引起落梁等。本文总结概括了这些震害特点,详细讨论了非液化场地和液化场地上桥梁桩基的破坏模式,分析总结了桥梁桩基破坏机制。最后,结合桥梁工程结构特点,针对桥梁工程选址以及桩基抗震构造措施等方面简要提出了建设性建议。     

无缝桥抗震性能的对比研究

本文以一座三跨总长60 m的整体桥为案例桥,分别试设计了同跨径的半整体桥、延伸桥面板桥和常规连续梁桥。通过Midas/Civil软件建立四种桥型的有限元模型,并对其进行了E1和E2反应谱分析和时程分析,对比了四种桥型的结构反应峰值（墩顶位移、桥墩及桩基剪力与弯矩、台底位移、桥台桩基剪力与弯矩）。计算结果表明:当桥梁存在15°的斜交角,整体桥、半整体桥在地震动沿平行于桥台长边方向及其垂直方向输入时更不利,而延伸桥面板桥和常规连续梁桥在地震动沿顺桥向和横桥向输入时更不利。四种桥型在地震作用下:整体桥抗震性能最优异,但其台底位移、桥台桩基的剪力和弯矩最大;半整体桥台底位移、桥台桩基的剪力和弯矩最小,其墩顶位移、桥墩及桩基的剪力和弯矩仅比整体桥大;延伸桥面板桥和常规连续梁桥的墩-梁相对位移远大于整体桥和半整体桥,不适用于地震基本烈度高的区域。     

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...     

Seismic analysis and design of rigid bridge abutments considering rotation and sliding incorporating non-linear soil behavior

A two-dimensional (2D) finite element analytical model is developed to analyze the seismic response of rigid highway bridge abutments, retaining and founded on dry sand. A well verified finite element code named FLEX is used for this purpose. The proposed model has the following characteristics: (1) The soil (dry sand in this study) is modeled by a 2D finite element grid; (2) The bridge abutment is molded as a rigid substructure; (3) The strength and deformation of the soil are modeled using the viscous cap constitutive model. This model consists of a failure surface and hardening cap together with an associated flow rule. The cap surface is activated for the soil under the wall to represent compaction during wall rocking. In addition, viscoelastic behavior is provided for representing the hysteretic-like damping of soil during dynamic loading; (4) Interface elements are used between the wall and the soil (at the backface of the wall and under its base) to allow for sliding and for debonding/recontact behavior; (5) The finite element grid is truncated by using an absorbing boundary approximation. Using this boundary at both sides of the grid simulates the horizontal radiation of energy scattered from the wall and the excavation. Shear beams are placed adjacent to the lateral boundaries from each side which give the far-field ground motion, for comparison with those computed adjacent to the boundaries. The analytical model is verified comparing predictions to results from dynamic centrifuge tests, with satisfactory agreement. The proposed model is used to study the dynamic response of an 8.0 m high and 3.0 m wide rigid bridge abutment (proportioned using the traditional approach to design) for different sinusoidal and earthquake acceleration input motions. The results from the analysis show that outward tilting of rigid bridge abutments is the dominant mode of response during dynamic shaking and that these abutments end up with a permanent outward tilt at the end of shaking. The results from all the analyzed cases of the 8.0 m high gravity retaining wall together with those from the analysis of the tilting wall centrifuge tests are discussed and used for proposing a practical method for evaluating the seismic response of rigid abutments during earthquakes.     

Clear-water scour around semi-elliptical abutments with armored beds

Experimental study has been carried out under a clear-water scour condition to explore the local scour around semi-elliptical model bridge abutments with armor-layer bed, compared with the local scour process around semi-circular abutment. Two types of model bridge abutments, namely semi-elliptical and semi-circular abutments have been used in this experimental study. The model abutments had a ratio of streamwise length of abutment to the length of abutment transverse to the flow of 2 for semi-circular abutments and 3 for semi-elliptical abutments. In total, 50 Experiments have been designed and conducted under different flow conditions such as bed shear velocities, flow depth, and dimensions of bridge abutment model, as well as grain size of the bed material. Based on these experiments, the scour process around bridge abutments has been assessed. The dependence of the equilibrium scour depth of the scour hole on hydraulic variables has been studied. Empirical equation describing the equilibrium scour depth of the scour hole around bridge abutments has been developed.