考虑基础提离与塑性的桥墩地震反应

浅平基桥墩在承受强震作用时,其基础与地基之间会发生提离,地基土会进入塑性状态.精确模拟上述两个问题是非常困难的.本文分析中地基采用了能考虑基础提离及地基塑性的弹塑性Winkler地基模型,采用1940年El Centro(NS)地震记录作为输入,对三个不同高度的双柱式浅平基桥墩进行了非线性时程分析.研究结果表明,基础提离和地基塑性对双柱式桥墩的地震反应有很大影响.考虑地基非线性后,墩顶位移增大,剪力减小,对保护桥墩减小震害是有利的.     

车辆荷载对软土地区海底沉管隧道的影响分析

假定软土地区海底沉管隧道地基土为Kelvin模型,车辆荷载是随时间变化的波动荷载形式,引入黏弹性地基梁模型,利用模态叠加法给出三种情况下沉管隧道的竖向位移、弯矩和地基反力的解答。结合天津海河沉管隧道工程实例,分析车辆速度、地基土模量对沉管隧道竖向位移及弯矩的影响。研究结果表明:车辆荷载引起的管段中点振动振幅达5mm左右,振动周期为0.25s;引起的管段中点弯矩为15 500kN·m左右,且车速越大,管段振动一个周期所需时间越短,振动越剧烈,但对振动幅度及弯矩影响不大;地基土模量越大,振动幅度和弯矩越小,但对周期影响不大。     

基础提离及桥墩弹塑性对结构地震反应影响的研究

浅平基桥墩在承受强震作用时其基础与地基之间会发生提离,地基土会进入塑性状态。同时,当结构遭遇设防烈度地震或罕遇地震时,结构往往处于非线性状态,这都会导致桥梁的严重破坏。本文以兰州小西湖黄河大桥为工程背景,采用场地超越概率为10%人工地震波,研究了在弹塑性Winkler地基上同时考虑桥墩塑性时的结构地震反应。通过非线性时程反应分析得到:考虑地基和桥墩的非线性使得桥墩墩顶的位移增大,墩底弯矩减小,这对保护桥墩是有利的;同时得到,小西湖黄河大桥当遭遇罕遇地震(大震)时桥墩已进入屈服,但其屈服曲率不到破坏曲率的1/2,该桥能够满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设计目标。     

地球层析成像在减轻灾害中的作用

目的说明地球层析成像一词的含义和它所包括的分支有:地震层析,电阻率层析,大地电磁层析,磁共振成像, 地震破裂面照相以及探地雷达成像等.概括当前这几种手段的成就,所能达到的成像精密度, 用现代的计算方法、反演地下介质速度、衰减Q值、密度、孔隙度分布、介质破裂程度,可提高震源定位精度,再借鉴医学上检测癌细胞发生、发展过程的模式,建立相应的预测模式.判断未来破坏性地震的孕震结构,发展趋势,以及地下水与电阻率图像随季节变化的关系.初步阐明地球层析成像在减轻地震灾害、洪水灾害与火山喷发灾害中的作用.将地电阻率层析与磁共振测深成像相结合应用于探测地下水的一些基本分布特征,判定潜伏断层的特征,追踪电阻率异常区其附近的电性精细结构,分辨率可以达到1米左右.结合起来可探测地下裂隙分布,发现活断层,对高层建筑物(80米以上)和大型桥梁、水坝、堤防的安全性评价具有重要作用,以便及早加固,以减轻损失;结论利用上述地球层析成像的几种手段,可以探测地下活动断层、孕震结构和地下水与电阻率随季节的变动,为判定高楼和堤坝的安全性提供依据,在减轻灾害中发挥日益重要的作用.     

台湾海峡两岸横向构造的对比研究

台湾海峡及其两岸的山势走向都是北东或北北东向, 但根据对该地区地貌、地表构造、深部地震结果和重力场等分析, 都发现有彼此相应的横向构造, 而且从台湾西部山麓平原地震带8次6级以上地震等震线均有方形或长方形的特征, 也可以推论台湾岛具有明确的南北分段性. 1999年集集地震的地表运动由GPS测定的结果亦为佐证. 台湾岛内横向构造可以与福建沿海更为直观的北西和东西向横构造对比. 两岸横向构造的论定有助于对台湾海峡地质构造的认识, 文中给出的台湾海峡及两岸的构造概要图, 编入了可供进一步研究的北西和近东西向两组横向构造中.     

神秘的海底“绿色草原”——海草床

正海底"绿色草原"你能够想象到海底居然生长着翠绿茂盛的"草原"吗?除了有随波摇曳生姿的绿草,还有鲜花、果实。这个神秘的海底"绿色草原"就是海草床。海草是地球上唯一可完全生活在海水中的被子植物。广泛分布于热带、亚热带和温带沿岸海区,具有适应海洋环境的根、茎、叶,     

循环荷载作用下不均质地层中盾构隧道纵向响应研究

修建在纵向不均质地层中的地铁隧道,由于列车循环荷载的作用,会导致隧道下部的土体产生不均匀沉降,对既有隧道产生不利的影响。针对这一问题,提出考虑隧道剪切效应的地基不均匀沉降对既有隧道竖向变形影响的解析解。既有隧道简化为搁置在Winkler地基上的Timoshenko梁,通过两阶段分析法,分析下卧地层不均匀沉降引起的隧道响应。首先确定列车荷载引起的动偏应力,并运用土层的力学指标计算出静偏应力和破坏偏应力。然后运用累积应变的经验公式计算出隧道下部土体的累计沉降,将土体的沉降转化为力施加在隧道上。基于Timoshenko梁理论,建立考虑隧道剪切效应的隧道竖向变形微分方程,求解得到隧道变形的解析解,进一步可以得到隧道的弯矩、剪力、转角、错台。     

海洋地球物理研究与海底探测声学技术的发展

海洋地球物理以物理学的思维与方法研究占地球三分之二面积的海洋系统.20世纪地球科学迅猛发展,它的重大进展是海底扩张说与板块构造说的出现和海底大洋的发现,以及前者所引发的地球科学思想革命,从固定论向活动论的思维转变.海底研究对于20世纪地球科学发展的贡献极为巨大,而海洋地球物理是推动海底科学研究的重要原动力.海洋地球物理在20世纪地球科学的发展中有过辉煌的成就,占有十分重要的地位;在新的21世纪里,海洋地球物理研究仍然保持着前沿科学的地位,继续推动着地球科学的进展.目前的海底探测主要还是依赖于声学探测技术.水下声学定位技术是实现水下探测系统精确定位和海底高精度探测的基础.传统性的海洋地震探测技术是研究海底构造与海洋岩石圈深部结构和寻找海底矿产的主力技术,它近年来无论在海上采集技术还是数据处理技术方面都发展得很快.多波束测深、侧扫声呐测图和海底地层剖面测量等则是近数十年快速发展起来探测海底浅部结构信息的技术.这些技术已经在当代海底科学研究、海底资源勘查、海洋工程和海洋开发,以及海洋军事活动等方面发挥出极其重要的作用.     

海底流体逃逸活动的地球物理响应特征

海底流体逃逸活动对海洋油气勘探、天然气水合物勘查和试采、海底固体矿产勘探与全球气候变化研究等方面具有重要意义.理解海底流体逃逸活动规律,研究流体逃逸活动演化过程,并建立综合探测体系显得尤为重要.本文系统梳理了海底流体逃逸活动在海底可视技术、综合声学水体成像技术、"磁亮点"技术以及卫星遥感技术等相关探测方法下的不同地球物理响应.分析认为,海底流体逃逸活动容易改变海底地层的物理性质和形态,在地震剖面和声学图像上表现为独特的流体异常反射特征和声学响应;烃渗漏形成烃蚀变带,在航磁图像上表现为弱磁异常;渗漏油膜在SAR卫星图像上表现为黑色斑块;天然地震控制下的断裂带流体逃逸活动在临震时震中附近在热红外图像上表现为亮温异常.结合不同探测方法的探测效率和优势特征,提出了利用卫星遥感和"磁亮点"等方法进行平面约束预测,用剖面或立体声学水体成像数据进行海底流体活动确认,再通过海底可视数据进行精细探测的综合地球物理探测方法,为深入研究海底流体活动系统理论提供参考,同时指出流体逃逸活动研究的相关方向.     

模块化预制拼装铁路实心桥墩抗震性能数值分析

为适应施工期短的严/高寒地区和近海铁路桥梁工程发展,提高铁路桥梁工程的施工效率和工程质量.文中提出了一种用于铁路桥梁工程中的模块化预制拼装实心桥墩,该桥墩不仅可以纵向节段连接,还可以通过多个可互连的模块水平连接.基于ABAQUS程序,开展了铁路桥梁模块化预制拼装桥墩在单调、往复荷载作用下力学性能数值分析,对该桥墩的承载...     

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。     

基于干接缝单元的预制拼装桥墩抗震性能数值模拟

为克服利用OpenSEES进行预制拼装桥墩纤维模型分析时干接缝区域模拟困难的问题,提出一种由刚性单元、非线性梁柱单元、零长度单元配合ENT单压材料组成的干接缝单元。通过基于干接缝单元的纤维模型数值模拟结果与文献中的1:3.5缩尺桥墩拟静力试验结果对比发现:该干接缝单元不仅解决了墩身混凝土压溃带来的模型不收敛问题,而且考虑了墩身节段宽度对干接缝区域的影响,使预制拼装桥墩干接缝处的力学性能更接近实际的力学性能;数值模拟结果与试验结果吻合较好证明了该干接缝单元用于模拟预制拼装桥墩干接缝区域的可行性。在此基础上设置耗能钢筋、外包钢管和墩底橡胶支承垫层作为桥墩附加耗能装置,对预制拼装桥墩进行拟静力循环加载模拟,研究不同耗能装置对预制拼装桥墩的滞回能力、预应力筋内力、累积耗能、残余位移以及等效刚度等性能参数的影响。结果表明:设置耗能钢筋和外包钢管可以显著提高预制拼装桥墩的耗能能力、水平承载力和刚度,降低预应力损失;设置墩底橡胶支承垫层也能提高预制拼装桥墩的耗能能力,但会降低桥墩的水平承载力和刚度,应根据桥墩自身刚度谨慎选择橡胶垫层的刚度。     

断层走向对刚构桥地震反应的影响

我国西部部分连续刚构桥临近地震断层建设,在抗震分析时通常会忽略断层走向与桥梁纵桥向夹角对其地震反应的影响。利用Midas Civil软件建立4座墩高不同的大跨度连续刚构桥模型,选取10组近断层强震记录进行时程分析,研究断层走向对刚构桥地震反应(位移和弯矩反应)的影响。结果显示：在水平双向近断层地震动输入下,桥梁主墩及主梁纵桥向地震反应在断层走向与纵桥向夹角为75°～135°范围内最大,而横桥向最大地震反应则发生在夹角为0°～30°或120°～180°范围;在三向近断层地震动输入下,与仅考虑水平双向地震动输入下的桥梁地震反应相比,竖向地震动对主梁竖向弯矩响应的影响较大,特别是主墩和主梁的交界处,增大比例可达2倍及以上。就文章选取的4座桥梁算例,不考虑断层走向和桥梁纵桥向的夹角则存在低估桥梁地震反应的可能,低估误差在15%～40%左右。     

MPA方法在不同高度桥墩地震响应分析中的适用性研究

桥梁通常是线路中的控制工程,其抗震性能显得尤为重要。作为梁桥重要组成部分的桥墩,往往是地震作用下容易受到损伤的构件。结合西部山区梁桥的典型桥墩结构形式,基于纤维模型的有限元方法建立桥墩的非线性数值分析模型。采用MPA方法对不同高度桥墩的地震响应进行分析,以非线性时程分析方法的计算结果为基准研究MPA方法的适用性。计算表明MPA方法在分析高阶模态参与程度较高的高墩构件时适用性较差。     

Seismic behavior of ductile rectangular composite bridge piers

The seismic resistance characteristics of a newly developed composite bridge pier system are examined via a series of experimental studies. In this innovative bridge pier system, the shear strength is provided by the steel tube and the concrete confined by the steel tube. No transverse shear reinforcement is used in this system. Axial and flexural strengths of the bridge pier are exerted by the longitudinal reinforcements and the concrete. A gap between the end of steel tube and the reinforced concrete foundation contributes to the steel tube providing shear resistance only without sharing the flexural moment. From the experimental results of this study, it is found that the flexural strength of the proposed composite bridge pier can be predicted accurately by the conventional method that was used in the reinforced concrete structures. Shear strength of the composite bridge pier can be obtained by summing up shear strengths of the concrete and the steel tube. Excellent deformation capacities are also found from the experimental studies. The proposed composite bridge pier system not only simplifies the construction work greatly, but also provides superior seismic resistance as compared with that of the conventional method. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

Biaxial testing of unbonded post‐tensioned rocking bridge piers with external replacable dissipaters

The biaxial response of two bridge piers is experimentally investigated. A post‐tensioned precast bridge pier with external replaceable mild‐steel dissipaters is tested under biaxial loading. The performance of the post‐tensioned bridge pier is compared with a conventionally reinforced monolithic bridge pier. The experimental biaxial response is then compared with previous uniaxial experimental testing of identical bridge piers to understand the influence of biaxial loading, specifically concerning post‐tensioned rocking sections. A 3‐dimensional moment–curvature and moment–rotation analysis program is created to generate the monotonic section response of a conventional and post‐tensioned bridge pier. After comparing the accuracy of the section analysis program to the experimental testing of the monolithic pier, the program is validated against the experimental testing of the post‐tensioned bridge pier. This section analysis program is then used in the calibration of a macro‐model to capture the entire cyclic response of the post‐tensioned bridge pier. The macro‐model adopts multiple linear‐elastic compression‐only springs at the rocking interface, combined with non‐linear inelastic springs for each of the mild‐steel dissipaters and returns encouraging results at both local and global levels. The paper concludes with a number of biaxial moment‐interaction design charts for monolithic and post‐tensioned bridge piers as a function of mechanical and geometric section properties. The design charts define the biaxial yield surface at nominal yield and at the design section capacity defined by one of three material limit states. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

Seismic performance evaluation of steel arch bridges against major earthquakes. Part 1: dynamic analysis approach

In this study the inelastic behavior of steel arch bridges subjected to strong ground motions from major earthquakes is investigated by dynamic analyses of a typical steel arch bridge using a three‐dimensional (3D) analytical model, since checking seismic performance against severe earthquakes is not usually performed when designing such kinds of bridge. The bridge considered is an upper‐deck steel arch bridge having a reinforced concrete (RC) deck, steel I‐section girders and steel arch ribs. The input ground motions are accelerograms which are modified ground motions based on the records from the 1995 Hyogoken‐Nanbu earthquake. Both the longitudinal and transverse dynamic characteristics of the bridge are studied by investigation of time‐history responses of the main parameters. It is found that seismic responses are small when subjected to the longitudinal excitation, but significantly large under the transverse ground motion due to plasticization formed in some segments such as arch rib ends and side pier bases where axial force levels are very high. Finally, a seismic performance evaluation method based on the response strain index is proposed for such steel bridge structures. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。