强震下高墩大跨刚构桥箱梁开裂及地震反应分析

刚构桥主梁设计时一般不考虑地震荷载,因主梁与桥墩为固结形式,实际上主梁会参与承担水平和竖向地震作用。2008年汶川地震中百米高墩的庙子坪大桥主桥为3跨连续刚构桥,出现了箱梁严重开裂等震害。为研究高墩大跨刚构桥箱梁开裂及其地震反应情况,以包括庙子坪大桥主桥在内的3座不同墩高、不同跨径的刚构桥为例,建立从施工阶段到最终成桥全过程分析模型,输入汶川地震等强震记录,接续主梁初始应力进行时程分析。结果表明:在强地震下边跨和中跨合龙段区域处顶板、底板拉压应力较大,边跨1/5～2/5区域及跨中1/4～3/4区域处腹板的主拉、主压应力也较高,局部区域已超出混凝土抗拉强度标准值,易于开裂。墩高对刚构桥的主梁的应力影响最大,跨度其次,主墩越高,跨度越大,主梁的(主)拉、(主)压应力越大。主梁开裂发生时,支座存在破坏可能,桥墩墩底也易开裂及可能屈服,这些与庙子坪大桥主桥震害情况相符。     

人字桥梁多维地震作用下振动台试验研究

设计制作一座人字曲线桥模型,进行了多维输入的振动台试验,分析了结构在地震作用下的震害现象,并探讨了多维输入下的地震响应特点。结果表明:人字曲线桥梁梁体和桥墩主要表现为以弯曲裂缝为主的破坏模式,竖向输入是梁跨中裂缝出现的主要原因,桥墩裂缝主要受水平输入的影响。梁跨中加速度响应受竖向输入影响最大,墩顶纵桥向加速度响应受竖向输入分量影响并不显著。单维竖向输入降低墩体竖向加速度响应,三向输入则加大墩体竖向加速度响应;对于人字桥梁伸缩缝宽度设置,分支直梁处可只考虑纵桥向地震输入,分支曲梁处则要考虑水平双向地震输入。     

人字形曲线梁桥振动台试验研究

为研究人字形曲线桥梁在地震输入下的地震反应特性,按1/20的几何比例设计制作了一座人字形曲线桥模型,进行了单向和多向输入下的振动台试验。研究了人字形桥梁结构在地震作用下的震害现象,以及多向输入对梁跨中及邻梁碰撞响应的影响。结果表明:梁体和桥墩主要表现为以弯曲裂缝为主的破坏模式,墩梁相对位移随着地震烈度的增大而增大;梁跨中加速度响应在三向和双向输入下都较单向输入为大,双向和三向输入都会使邻梁间的相对位移较单向输入时增大,更容易使结构发生碰撞;人字形桥梁结构地震响应不但与地震波输入方向有关,且与输入地震波的频谱特性和结构的形式及自身特性有关。     

衬砌背后空洞对隧道抗震性能影响分析

目前关于隧道震害问题的研究主要集中于隧道洞门和洞口段,实际上仍有不少洞身衬砌在地震中产生严重震害,其中一个重要原因便是衬砌背后存在空洞或者回填不密实。通过大型有限元软件ABAQUS,采用无限元边界解决地震波的反射震荡问题,研究衬砌背后空洞对隧道的地震动力响应的影响。通过分析得到:密实状态下,即使在较大地震动力作用下,衬砌结构仍处于良好的受压状态;一旦衬砌背后存在空洞,地震作用下脱空区衬砌产生很大拉应力,可能导致衬砌开裂坍塌;同时,空洞处周边围岩产生塑性区,易引起岩体松弛掉落冲击衬砌。     

汶川MS8.0级地震发生背景与过程的研究

本文首先阐明汶川M_S8.0级地震发生在由区域布格重力异常和地震震中分布所确定的武都—松潘—茂汶—汶川—泸定地震带上.汶川地震所在地段是地震前兆和中小地震（M≤7.0）的空白区,震前出现明显的孕震空区,M_S8.0级地震发生在空区周围区域中小地震活动峰值之后的减少段里.地震的破裂超出孕震空区范围,空区内、外余震活动呈现出不同的衰减特征,依此将余震活动分为WS和NE两个区段.地震破裂过程、4级以上余震矩张量及震区应力场反演和余震应力降的测定结果表明,两个区域的位错、余震机制解和应力降及最大主应力的方〖JP2〗向等明显有别.根据这些特征和地震应力触发的研究,推测NE段地震的发生可能是〖JP〗由WS段主破裂的发生所触发.     

地裂缝活动对城市连续梁桥作用的力学分析

由于城市交通的工程线型特点,其建设与运维无法避免会受到地裂缝活动的影响。基于MIDAS GTS NX建立一个三跨连续梁桥正交跨越地裂缝的有限元模型,分析在地裂缝不同沉降量下连续梁桥箱梁及墩台的位移场和应力场变化规律。结果表明,箱梁结构在不同沉降量条件下的主要差异沉降区范围基本相同,且与地裂缝影响带宽度基本等同,即上下盘各20 m长,共计40 m;箱梁的变形可分为三段：抬升区、不均匀沉降区和整体沉降区;地裂缝的上盘箱梁表面受压,而下盘箱梁表面受拉更为明显,处于桥墩位置处的箱梁应力显著增加,箱梁结构的破坏易因拉应力的陡增而发生在地裂缝的下盘桥墩处。地裂缝影响范围内的中跨两侧墩台产生显著的差异位移变化量,而地裂缝影响范围外墩台所受影响较小。研究成果可为已建和规划中的跨地裂缝连续梁桥的致灾机理研究及灾害防治提供重要参考。     

近年来龙门山断裂GPS剖面变形与应变积累分析

利用1999~2012年4期GPS速度场数据,对龙门山断裂天全—映秀段及安县—广元段的GPS剖面变形与应变积累作了探讨。在剖面应变积累对地震触发成因及程度方面,将芦山MS7.0与汶川MS8.0地震进行了对比分析。结果表明:(1)芦山地震之前,该地区压性速率远高于1999~2007年,它是汶川大震后的应力调整过程;(2)汶川MS8.0、芦山MS7.0两次强震间隔如此之短,不排除是汶川地震之后龙门山断裂西南段应力场高值压应力的调整过程对此次芦山地震起到触发作用的可能性。     

九寨沟7.0级地震中典型非结构构件震害特征

九寨沟7.0地震给九寨沟地区建筑结构及非结构构件造成了严重破坏。本文主要涉及调查区域包括漳扎镇、甲藩古城、若尔盖县阿西茸乡、求吉乡及包座乡等。主要调查框架结构、砖混结构、大跨空间结构以及木结构的非结构构件震害。此次调查的结构多数是2000年以后建造,8度设防,在2008年汶川地震中主体结构和非结构构件均未受到影响。在此次地震中,非结构构件大量损坏,破坏主要以框架、砌体填充墙开裂或变形或局部倒塌、吊顶脱落、地板隆起、吊顶设备掉落、玻璃震碎等震害为主。调查结果表明,与以往地震不同,Ⅷ度区内仅有的三个大跨度结构均发生不同程度的破坏,其中一个结构出现节点破坏,此次地震中大跨空间结构非结构构件震损尤为明显,非结构构件设备损失最为严重。另一个不同于以往地震震害的是位于Ⅵ度区山坡上的木结构非结构震害明显比坡下要严重一些。     

1997-1998年伽师强震群震源区应力场特征

利用1997-1998年伽师强震群中强地震震源机制系统聚类及震源区应力场反演,得到以下主要结果:(1)伽师强震群中强地震主要以走滑和正断层为主,伽师震源区主压应力方向为NNE或近NS向,与相邻的柯坪块体区域构造应力场方向不一致;伽师强震群的破裂面沿NEE方向,属左旋破裂;(2)4~5级中强地震应力场反演得到最大主压应力轴为NNE向,最小主压应力轴为NWW向,中等主应力轴倾角为65°,比较直立;(3)伽师强震群震源区应力场在强震前后经历了一系列变化。最后对所得结果进行了一定的讨论。     

汶川大地震曲线梁桥震害及破坏机理分析

以汶川大地震中严重破坏的回澜立交桥为例,基于数值模拟手段并结合现场震害调查,分析了回澜立交桥的地震破坏机理。数值分析表明,地震时设有支座的最矮的1号桥墩支座发生滑移破坏,以致刚度较大（次矮）的2号刚构桥墩承受很大的地震惯性力,2号墩首先发生弯曲屈服,此后随延性发展因抗剪能力不足最终发生剪切破坏直至倒塌损毁,呈现典型的弯剪破坏特征。现场震害调查发现,回澜立交桥震害集中于抗弯刚度较大的刚构墩上,而其余桥墩震害相对较轻,主要表现为混凝土保护层的脱落、混凝土开裂以及墩顶支座的滑移破坏等。数值分析结果与震害调查呈现出较好的一致性。     

自复位高墩振动台模型试验

为探讨自复位桥墩的地震反应,以某简支梁桥为工程背景,设计并制作了一个缩尺的模型桥梁。通过白噪声扫频获得了自复位桥墩的动力特性及其变化规律,选取El-Centro、Mexico和Chi-Chi强震记录作为地震动输入,进行振动台模型试验。试验记录了墩顶的加速度和位移反应,考查了地震动强度、频谱特性及预应力钢筋及其初始预加力对模型桥墩动力特性及摇摆反应的影响。试验结果表明:墩顶水平加速度反应随地震动强度及初始预加力的提高而增大,墩顶位移反应受地震动的强度、频谱特性及初始预加力大小影响较大。墩底提离面轻微损伤会明显降低体系的整体水平刚度,初始预加力则能提高体系整体水平刚度,桥墩的阻尼比随体系的水平刚度增大而减小。强震下自复位桥墩发生了预期的提离摇摆,震后墩底提离面出现轻微损伤,墩身无裂缝产生,结构具有良好的抗震及自复位性能。振动台试验结果验证已有文献的数值分析结论,振动台试验数据可用于数值模型校核或修正。     

2021年青海玛多7.4级地震共玉高速震害与启示

2021年5月22日青海玛多发生了M7.4级地震,造成了共和至玉树高速公路部分损毁。首先,基于地震现场考察及资料查阅,介绍了该条公路在此次地震中主要的震害类型及总体的震害情况;其次,统计分析了共玉高速上桥梁震害情况与结构形式等的关系。发现此次地震大桥震害远比中小桥要严重,简支空心板梁桥震害要比连续箱梁严重。鉴于此次地震在极震区缺少强震记录,本文提出一种基于衰减关系和台站土层条件的推测地震动简化方法,从地震动特征角度分析玛多地震对共玉高速破坏机理。最后讨论了此次地震对我国高原地区交通结构抗震的经验与启示。     

强震下斜交桥地震反应与减隔震性能分析

针对斜交桥在破坏性地震中发生破坏和损伤的突出问题,采用铅芯橡胶支座(LRB)进行隔震和滞回耗能。基于OpenSees平台建立了不同斜度的传统非隔震和全桥采用LRB隔震的4跨斜交连续梁桥动力分析模型,沿2个水平方向输入远场地震动和具有向前方向性效应、滑冲效应以及无速度脉冲效应的近断层地震动,并进行非线性时程计算,研究桥墩和挡块的损伤状态、主梁旋转度、碰撞力与斜交桥斜度的关系以及LRB对斜交桥抗震性能的影响。结果表明:向前方向性效应和滑冲效应的脉冲型地震动作用下的斜交桥地震反应和损伤明显大于无速度脉冲近断层和远场地震动作用; 采用LRB隔震后,明显降低了固定墩的地震损伤,桥墩位移减震率可达到50%以上; LRB隔震桥主梁与挡块的间隙宜结合桥梁的地震风险和设计位移进行确定。     

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。     

高承台下自由桩长对双薄壁墩连续刚构桥地震响应的影响

为探究高承台下自由桩长对双薄壁墩连续刚构桥地震响应的影响,基于OpenSees程序建立了实桥有限元模型并进行弹塑性时程分析,通过对比不同自由桩长模型的时程曲线、峰值响应及滞回特性,分析了自由桩长对桥梁地震响应的影响.结果表明:自由桩长增加会减小桥梁刚度;地震作用下,随自由桩长增加,主梁、支座及自由桩顶的水平位移增大,且...     

温度对铅芯橡胶支座隔震桥梁抗震性能的影响分析

为了研究温度对铅芯橡胶支座（LRB）隔震桥梁抗震性能的影响,以一座七跨连续梁桥为对象,考虑LRB在夏季和冬季不同温度下的力学特性,利用OpenSees对桥梁抗震性能进行研究。通过对不同温度下墩柱、支座及桥梁系统的地震易损性分析,获得了温度对铅芯橡胶支座隔震桥梁抗震性能的影响。结果表明:（1）与夏季相比,冬季低温降低了桥墩的延性及LRB的剪切变形和耗能能力,使地震作用时墩顶位移和支座变形均小于夏季,降低了LRB的减震效果;（2）冬季低温增大了地震作用时桥墩、LRB及桥梁系统在各个破坏状态的损伤概率,在中等及严重破坏状态时损伤概率相比夏季分别增加了8%和15%。在寒冷地区进行LRB隔震桥梁设计时,应考虑低温导致的LRB隔震效果降低对桥梁抗震性能的影响。     

基于模糊理论的高铁连续梁桥地震风险评估

以某高速铁路线上一座连续梁桥为例,运用模糊综合评判法,结合基于位移的支座损伤分析和截面曲率的桥墩损伤分析,以全概率理论地震损失模型为基础,提出了基于模糊理论的桥梁系统地震经济风险评估方法。结果表明:综合考虑桥梁系统的模糊地震经济风险分析方法能更全面地计算出连续梁桥在地震作用下的经济损失,仅以桥墩构件代表全桥所得地震经济损失误差较大。基于模糊理论的年预期损失风险框架方法通过结构抗震性能的概率特征可对高速铁路连续梁桥的地震直接经济风险进行全面评估,为该类桥梁的抗震设计、维修加固和灾后重建等方案做出合理评价。     

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...     

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。     

汶川地震中梁式桥的震害和预防震害的新方法

本文基于地震现场考察资料介绍了汶川地震中梁式桥的一些典型震害实例,分析震害原因及其发生规律,并探讨强烈地震作用下防震害的新方法。新方法是以适当的构造方式改变地震能量的传输,减少桥面系与墩台的相对位移,保证下部结构的安全,从而达到防止震害的目的。