承台型式对可液化场地桥梁桩-柱墩地震响应影响振动台试验

基于相同土层结构地基条件下,分别采用低承台群桩-独柱墩与高承台群桩-独柱墩结构,完成了两次可液化场地群桩-土-桥梁结构地震反应振动台试验,据此研究了承台型式对桥梁桩-柱墩地震反应的影响。研究表明,与高承台桩相比,可液化场地中低承台桩的抗震性能更优;地震中砂层尚未液化或液化不充分时,低承台更多表现出减弱桩尤其桩上段的加速度反应的作用,相反高承台更多起到放大桩的加速度作用,而高承台桩与低承台桩的峰值应变自下而上更多表现出逐渐增大趋势;即使砂层完全液化时,低承台桩的峰值应变自下而上仍以渐增为主;与低承台桩相比,高承台桩更有助于放大墩顶加速度、位移反应,对结构体系整体稳定性产生了不良影响;虽然低承台桩未出现严重破坏,但砂层中部桩的应变却很大,液化砂土-桩运动相互作用对桩的抗震性能影响不容忽视。     

神水泉大桥非线性时程分析及抗震性能评价

结合某高速公路一座典型桥梁神水泉大桥的工程设计实例,采用有限元分析程序Midas Civil,选取空间梁单元建立动力计算模型。采用非线性时程法分析该桥受E2地震作用在顺桥及横桥向产生的动力反应,同时按反应谱法进行校核,并对桥墩进行了抗震性能评价。时程分析分别采用3组实际强震记录的时程曲线,计算结果取时程法的包络值。由分析结果可知E2地震作用下按能力保护构件设计的盖梁抗弯强度、桩基抗弯强度及支座厚度不满足要求;矮墩抗剪能力不满足E2地震作用要求。     

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。     

曲线桥梁墩高参数动力敏感性研究

为研究曲线桥梁结构桥墩高度参数对地震响应的敏感性,借助有限元分析软件Midas Civil,通过分类处理建立边墩为变高墩和中墩为变高墩两类有限元分析模型。根据Newmark-β法对多自由度体系的曲线桥梁结构进行动力时程分析,结合曲线桥梁结构地震激励的输入基本方式,计算两类墩高布置形式下两跨曲线连续梁桥结构的基本周期、墩顶位移、主梁内力和桥墩墩底内力的变化规律,通过对计算结果分析探究桥墩高度参数和桥墩高度比参数对曲线桥梁结构地震响应的影响规律。研究结果表明:相同条件下,Ⅱ类曲线桥梁的整体刚度小于Ⅰ类曲线桥梁结构;各墩顶径向位移对桥墩高度比和墩高参数敏感性不同;中墩顶曲线主梁内力耦合机理复杂,难以用较少结构参数表征;变高墩墩底内力与曲线桥梁桥墩布置类型密切相关。研究结果可用于指导山区曲线桥梁结构的抗震分析和设计。     

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。     

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。     

城市独柱墩梁桥结构体系研究

基于对目前城市桥梁通常采用的独柱墩连续梁桥的受力和结构设计存在的问题和缺陷,提出了两跨T形刚构桥梁结构形式,并对两种桥梁结构形式在构造、静力行为和抗震性能方面的特点进行了研究。与连续梁桥相比,独柱墩T形刚构桥通过墩梁固结节省了支座,简化了伸缩缝的构造,增加了桥梁的横向稳定性,大大减小了横梁的受力。静力研究表明,两种结构在自重、温度及活载作用下,弯矩和变形基本接近,但T形刚构预应力损失小,且预应力次力矩对于主梁抗弯产生了有利效果。地震反应分析结果显示,墩梁固结能够显著降低地震力作用下桥墩和桩基的弯矩,提高了桥梁的抗震能力,简化了抗震构造。     

平面弯梁桥地震响应特征与抗震对策研究

为了揭示平面弯梁桥的地震响应特征,探讨行之有效的抗震对策,以在汶川地震中严重损毁的百花大桥第五联为研究对象,通过三向输入两组汶川实际地震波,研究了百花大桥第五联上部结构位移响应和下部结构应变响应特征,分析了百花大桥损毁原因,据此提出了相应的抗震对策并进行对比验证分析。研究表明:限位能力不足和支座布置不合理使百花大桥第五联出现了以固定墩为中心的平面转动,且主梁一端的径向偏移会加重另一端的切向偏移;固定墩底钢筋应变响应明显大于其他墩柱,其纵筋接近屈服,且最大应变位置大都与桥梁径向形成30°左右的夹角;引入改进抗震对策后,主梁、支座及桥墩位移显著下降,其中16#固定墩左右柱不同步位移下降超过90%,通过将固定墩的地震能量转移至具有恢复力机制的交界墩,使得各墩间能量分配更加均衡、合理。     

非规则曲线桥梁地震模拟振动台试验研究

目前对于S形曲线桥梁在地震激励下的动力响应尚缺乏试验研究。以一座S形钢筋混凝土曲线桥梁工程为对象,设计和制作了一座相似比为1/20的模型桥梁,通过对模型桥震害现象以及各测点应变、加速度、位移响应的分析研究了该桥梁的抗震性能及抗震能力。研究表明:在整个测试过程中桥墩钢筋均未屈服;小震输入时,桥墩墩底加速度峰值小于墩顶,墩梁径向相对位移大于切向相对位移;大震输入时由于桥墩出现较严重的扭转,导致墩顶加速度峰值小于墩底,墩梁的径向相对位移小于切向相对位移。因此在此类桥梁设计时应严格控制桥墩扭转,防止因扭转而导致桥梁失稳破坏;同时应控制墩梁的相对位移,严防落梁等地震灾害的发生。     

多维地震下考虑桩-土相互作用的曲线桥地震响应分析

为研究曲线桥梁在多维地震激励下考虑桩-土动力相互作用的地震响应特性,本文建立了空间桩-土脱离、摩阻和土体压缩非线性理论分析模型。为简化计算将该非线性弹簧模型进行线性化处理,结合有限元ANSYS分析平台建立了黄土场地的曲线桥仿真分析模型,对考虑桩-土相互作用的曲线桥进行了多维多工况数值分析,对比研究了曲线主梁跨中弯矩、墩底剪力和弯矩及桥墩顶位移的地震响应。结果表明:考虑桩-土相互作用的曲线桥梁主梁跨中内力与地震波输入方向密切相关,三维地震作用下主梁内力最大;各工况地震荷载作用下桥墩底部径向剪力响应比切向剪力响应大很多,而桥墩径向弯矩比切向弯矩略小;同一工况下不同桥墩顶切向位移响应大小相当,而径向位移差异较大。在进行非规则曲线桥梁抗震设计时,应充分考虑多维和单维地震激励输入工况。     

设计地震下铁路简支梁桥支座水平地震力计算方法研究

为研究设计地震作用下铁路梁桥支座水平地震力按静力法计算的准确性和适用性,以一墩高为5～20 m、跨径为32 m的简支梁桥圆端形重力式桥墩为研究对象,建立单墩抗震模型,采用反应谱法分析不同场地条件下支座的水平地震力,探讨设计地震作用下桥墩截面的合理刚度取值。分析结果表明设计地震下桥墩均处于开裂状态,应以开裂截面刚度作为反应谱计算的截面刚度;静力法计算支座水平地震力会造成设计值偏大或偏小;桥墩越矮,场地条件越差,动力效应越明显,建议支座水平地震力采用动力法进行分析。     

液化侧扩流场地桥梁桩基抗震研究进展

震害调查表明,强震下液化侧扩流场地桥梁桩基破坏严重。为此,国内外学者针对液化侧扩流场地桥梁桩基抗震问题开展了大量卓有成效的研究尝试。本文系统总结并评述了液化侧扩流场地桩-土-桥梁结构地震相互作用的基本规律、力学机理、荷载特征与失效机制及其影响因素等的研究成果,全面阐述了液化侧扩流场地桥梁桩基抗震方面的试验、分析方法与数值模拟技术的最新进展,并指出这类场地桩基抗震研究尚存在的主要问题与亟待解决的难题。这项工作对我国桥梁工程的抗震安全性具有重要意义,可供我国研究人员与工程师参考借鉴。     

桩-土动力相互作用对桩基变形特性和受力性能的影响

本文研究水平地震作用下桩-土体系中桩基的地震反应,为桩基的抗震设计提供依据。以单桩为研究对象,建立有限元分析模型并加以验证,再根据场地条件选取输入波,分析了桩、桩-均匀土体、桩-分层土体3种模型处于弹性和弹塑性状态下的桩基的变形特性和受力性能。研究表明,桩动力分析时必须考虑桩周土的影响,若按静力法的桩-弹簧模型进行桩的设计会使桩身不安全。     

桩基础抗震性能的简易评价方法

桩基础的抗震性能可从承载力和变形两方面来评价.承载力可考虑地震时作用于结构上的荷载组合,多采用拟静力法进行分析,不同因素变异的影响可用概率分析或可靠度方法予以考虑.变形分析多为按承载力设计之后的校核,其中地震力和土体参数以及地质条件等因素影响可分别加以评估.本文着重阐明基于一维波动方程和概率分析的桩基抗震性能实用分析方法,并以桥梁桩基础为例进行讨论,其中考虑的关键因素为设计地震加速度、测站记录、基桩尺寸及其配筋率.研究表明,当土层液化可忽略时最大弯矩会发生在桩顶,故增加桩顶延性可有效提升桩基础的抗震性能.     

基于位移设计的钢筋混凝土桥墩抗震性能试验研究(Ⅰ):拟静力试验

通过拟静力试验研究了基于位移设计钢筋混凝土桥墩的抗震性能。利用基于位移抗震设计方法和桥梁抗震规范方法设计了各2根和1根1：2．5比例钢筋混凝土桥墩试件,对低周反复荷载作用下试件试验破坏形态、承载力、位移延性、滞回耗能、刚度退化等方面进行了比较分析,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,并且在相对耗能能力（与理想弹塑性模型相比）、刚度退化性能方面与现行规范抗震设计方法设计的桥墩相当。试验表明建议的钢筋混凝土桥墩基于位移的抗震设计方法是实际可行的。     

高速铁路大跨连续梁桥地震反应分析及抗震校核

针对高速铁路大跨连续梁桥的结构特点,结合三水准的抗震设防目标,给出了各水准下桥梁的抗震验算指标.采用反应谱法及弹塑性时程反应分析法对一实桥进行了地震反应分析及抗震性能评价.结果表明固定墩控制该桥的抗震设计.在多遇地震作用下固定墩处于弹性状态;在罕遇地震作用下固定墩纵向进入塑性,但位移延性系数小于规范容许值,结构具有较高的延性储备.该桥的抗震能力满足三水准抗震设防目标.     

中小跨径桥梁地震作用下横向损伤模式分析

为研究横桥向地震作用下板式橡胶支座对桥梁抗震性能的影响,比较了传统延性抗震设计方法与考虑支座摩擦滑移抗震设计方法的差异,采用Open Sees软件建立桥梁有限元模型,对一简支变连续梁桥进行了非线性增量时程分析,对比研究桥梁支座、挡块和桥墩的受力性能,并根据延性系数对桥梁各构件的损伤顺序进行了分析。研究结果表明:按传统延性体系设计时,桥梁破坏首先从墩底开始,在大震作用下会造成墩底发生严重损伤;考虑支座摩擦滑移时,桥梁损伤首先是支座和挡块的破坏,然后是墩柱发生损伤,支座摩擦滑移后可大大减小传递到下部结构的地震力,大震下桥墩保持弹性或只发生轻微损伤,建议桥梁抗震设计时采用考虑支座摩擦滑移的抗震设计方法。     

基于位移设计的钢筋混凝土桥墩抗震性能试验研究(I):拟静力试验

通过拟静力试验研究了基于位移设计钢筋混凝土桥墩的抗震性能。利用基于位移抗震设计方法和桥梁抗震规范方法设计了各2根和1根1:2.5比例钢筋混凝土桥墩试件,对低周反复荷载作用下试件试验破坏形态、承载力、位移延性、滞回耗能、刚度退化等方面进行了比较分析,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,并且在相对耗能能力(与理想弹塑性模型相比)、刚度退化性能方面与现行规范抗震设计方法设计的桥墩相当。试验表明建议的钢筋混凝土桥墩基于位移的抗震设计方法是实际可行的。     

强震作用下桩-土-断层非线性动力相互作用特性

为研究强震区跨断层桥梁桩基非线性动力相互作用特性,依托海文大桥实体工程,利用MIDAS/GTS有限元软件,建立了桩-土-断层相互作用模型,分析0.20~0.60g地震动强度下断层上下盘桩基加速度响应、桩顶水平位移、桩身弯矩以及桩身剪力响应情况。结果表明:覆盖层土体对桩身加速度放大作用明显,且随着输入地震动强度的增大,放大作用逐渐减弱;覆盖层对地震波的滤波作用显著,随着输入地震动强度的增大,滤波作用逐渐减弱;上盘桩基达到桩顶峰值加速度的时刻滞后于下盘;随着输入地震动强度的增大,上、下盘桩的桩顶产生的永久位移和水平位移峰值逐渐变大,上盘桩顶产生的永久位移和桩顶峰值位移均大于下盘,产生显著的"上盘效应";不同强度地震动作用下,断层上、下盘桩基弯矩均在上部土层界面处达到峰值,剪力均在基岩面处达到峰值,下盘桩基弯矩和剪力峰值大于上盘桩基,呈现出显著的"下盘效应"。在桥梁桩基抗震设计时,应着重考虑断层上、下盘桩基的差异和不同强度地震作用对桩基承载特性的影响。     

桩土作用对隔震梁桥地震易损性及震后通行能力影响

为确定桩土作用对一座位于Ⅲ类场地上的110m三跨连续梁桥地震易损性曲线和震后通行能力的影响,首先建立墩底固结和考虑桩土作用2种有限元模型,选取50条实测的、符合工程场地条件的不同强度地震波作为输入,分别以桥墩墩顶和支座最大位移为目标响应,计算得到转角延性比和支座剪应变值,进而构建桥墩和支座的易损性曲线;然后通过宽界限法建立桥梁系统的地震易损性曲线,提出新的平均损伤水平值计算公式并结合易损性曲线评估该连续梁桥的震后通行能力。分析结果表明,同一地震强度下考虑桩土作用时的桥墩位移峰值比墩底固结情况大,更符合实际情况;对于桥梁构件易损性曲线而言,考虑桩土作用时支座破坏超越概率最大,但与墩底固结情况相比相差不大;采用桥梁系统地震易损性曲线评价桥梁交通流量变化更加合理,固结模型的震后交通流量评估Ⅲ类场地情况时不可忽略桩土作用对桥梁地震易损性的影响。