限位墩对多跨连续梁桥纵向抗震性能影响探讨

强烈地震作用下,多联连续梁桥主梁之间极易发生碰撞,可能造成主梁间过大的纵向位移,最后出现落梁倒塌。若对某一联(4跨为1联)或某几联适当的位置设置刚度较大的抗震制动墩,即限位墩,来限制主梁的纵向位移,可减少震害。限位墩作为一个接受主梁碰撞的限位装置,能够减少墩梁的相对位移,减小落梁概率。本文将限位墩的数量/位置以及限位墩刚度作为一个重要的分析参数,采用El Centro波,峰值加速度分别调整为0.4 g、0.7 g和1.0 g,分析了各个参数作用下的结构动力响应,得到了墩梁相对位移随限位墩刚度变化的曲线,分析得出限位墩能一定程度上能够减少落梁方向上墩梁的最大相对位移,可以作为一种防落梁措施。     

纵向限位连续梁桥分散减震效果参数分析

连续梁桥的地震作用大多由固定支座墩承担,为均衡地震作用在各墩间的分配、降低固定墩的地震反应,可在活动墩上设置限位挡块作为分散减震措施,使活动墩共同承担地震作用.利用有约束的刚体碰撞模型分析了梁部结构与限位装置碰撞时阻尼比参数的取值方法.考虑活动支座的摩擦非线性、限位装置的接触及材料非线性和钢筋混凝土桥墩的材料非线性,建立了设置限位装置的连续梁桥考虑接触碰撞的全桥动力分析模型,并分为限位装置弹性和弹塑性两个模型.采用非线性时程分析方法,对限位装置的初始间隙和刚度对连续梁桥分散减震效果的影响进行了参数分析,结果表明,可通过有限元分析合理调整限位装置设计参数,使限位装置对连续梁桥的分散减震效果最佳.     

行波输入下连续梁桥纵向墩梁相对位移碰撞效应分析

结合多跨连续梁桥的结构特点,提出了一种能模拟联间碰撞行为的连续梁桥碰撞分析模型.用非线性时程方法对行波输入下连续梁桥的地震碰撞反应进行了参数分析.结果表明:相邻联的周期比对短周期联位移的碰撞效应较大,考虑地震行波输入时伸缩缝处的碰撞效应可能会大幅度增大墩梁的相对位移,从而增大了地震作用下发生落梁的风险;墩梁相对位移随滑动支座摩阻系数的增大而减小.最后提出用一个碰撞效应增大系数来考虑连续梁桥相互碰撞对墩梁相对位移的影响,利用碰撞效应增大系数的概念为连续梁桥防止落梁的设计提供了一个新的思路.     

地震作用下桥梁防碰撞及防落梁措施研究综述

桥梁作为生命线工程的重要组成部分,一旦在地震中发生破坏,会造成巨大的经济损失和社会损失。地面上相邻的桥跨结构由于其动力特性存在差异及地震动输入的空间变化特性,地震发生时会引起相邻桥跨间的非同向振动,当桥跨间预留的间隙不能满足彼此的相对位移时就会发生相互碰撞,间隙过大时很容易引起落梁。针对相邻桥跨间的碰撞和落梁问题,对历次大地震中与碰撞和落梁相关的震害进行了回顾,介绍了纵桥向各种防碰撞与防落梁措施的研究现状,主要包括限位器、阻尼限位装置、模数式伸缩缝、减震装置以及组合限位装置五个方面。同时通过对研究现状的分析对以上各种防碰撞与防落梁措施的优点和缺点分别进行总结,进而对有待进一步研究的问题进行了展望。     

不同约束方式对匝道桥动力特性的影响研究

近年来,地震作用下的匝道桥表现出较高的地震易损性。为建立匝道桥的有效约束方式,以减小其地震损伤,本文基于汶川地震中连续梁桥约束方式的调研结果,建立了4种不同匝道桥支座约束方式,并以石家庄石环线某匝道桥为例,对比分析了不同约束方式下匝道桥的自振特性及地震响应。结果表明:板式橡胶支座具有一定的剪切变形能力,可降低桥墩与支座组成的体系刚度,有效分散了上部结构的地震惯性力,保护了下部结构,但应注意其引起的较大主梁位移;固定支座或墩梁固结形式会放大桥墩受力,增加下部结构的损坏,不宜设置在高度较矮、刚度较大的桥墩上;双层挡块和垫石凹槽分级限位支座具有较好的限位能力,并可耗散部分地震能量。     

地震序列下落梁震害的防灾设计分析

地震的发生具有丛集的特征,主震发生之后通常伴随余震,主震震级越高其余震震级亦越高,对结构的破坏越大.桥梁结构作为重要交通枢纽工程,其在整个地震序列发生时应能确保通行.为得到桥梁结构在地震系列作用下的响应,选用集集地震序列对桥梁进行地震响应分析,结果显示结构在主震作用下发生落座,余震时有发生落梁的可能,对结构设置连梁装置,验证其在地震序列中的防落梁效果.结果显示连梁装置可有效减小桥梁上、下部结构相对位移,同时可提高结构整体性,使各桥墩平均分配地震力,并能在地震序列中有效防止落梁震害的发生.     

汶川大地震简支梁桥落梁震害与设计对策

总结了5.12汶川大地震中简支梁桥落梁震害及主要影响因素,发现除地震山体滑坡等地质灾害外,断层地表破裂、近断层地震动效应、桥台胸墙冲切破坏、防落梁构造措施单一及桥梁体型复杂等因素都是引起简支梁桥落梁震害的重要原因。提出了简支梁桥防落梁设计的基本理念及相关技术方案要点为允许墩梁间发生滑移,以降低桥墩承受的地震惯性力,以及盖梁提供允许的最大滑移长度及支座支承宽度,再辅助挡块或拉索限位器等共同防止落梁发生。最后结合现行规范,以拉索限位器为例给出了简支梁桥防落梁设计方法。     

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。     

大跨度斜拉桥横桥向减震研究

斜拉桥在横桥向采用塔-梁、墩-梁固结的约束体系,导致其整体刚度增加,地震惯性力增大,给边墩及其基础的抗震设计造成困难。分别采用位移相关型(方案1)和速度相关型(方案2)两类减震装置对一座斜拉桥的横桥向进行了减震研究。方案1在边墩-主梁间设置位移相关型减震装置,并对其屈服荷载进行了参数分析;方案2对速度相关型减震装置的安装位置和数量进行了优化分析,并对其参数取值进行了参数分析;对横桥向固结体系和减震体系的地震反应进行了对比。结果表明:地震作用下两类减震装置发生滞回变形,延长了结构在横桥向的周期,有效降低了边墩的地震剪力和弯矩反应;横桥向墩-梁间的相对位移会增大,可通过减震装置参数的选取将其控制在合理的范围内;塔底的地震剪力和弯矩反应变化不明显。2种方案均可用于斜拉桥横向减震。     

结构参数对高低墩刚构连续梁桥体系地震响应的影响

地震作用下,相邻主梁间的碰撞会改变桥台-引桥-刚构连续梁桥结构体系的动力响应。为了探究主桥结构形式、墩高、引桥跨数和伸缩缝间距等结构参数对伸缩缝处碰撞效应和桥梁结构地震响应的影响,以某实际桥梁为背景,考虑碰撞能量耗散、桩土相互作用、桥台与台后填土相互作用以及支座和桥墩的非线性行为,采用CSIBridge建立桥台-引桥-刚构连续梁桥结构体系的有限元模型进行碰撞弹塑性动力分析。研究结果表明：不同主桥结构形式的主桥墩受力区别较大,相邻主桥墩高差较大时,选择连续梁桥结构体系更加合理。墩高增加使主引桥间动力差异增大,碰撞效应更加显著,仅对刚构墩受力影响较大。引桥跨数增多和伸缩缝间距增大分别使伸缩缝处碰撞效应增大和减小,碰撞抑制作用的增强和减弱也使得刚构墩内力和变形分别减小和增大,但对于其他桥墩基本无影响。     

地震序列作用下桥梁结构的响应及抗震措施

地震具有丛集的特征,主震发生之后通常伴随余震,主震震级越高,余震对结构的破坏越大。桥梁结构作为生命线工程中的重要一环,应在整个地震序列发生时确保通行。选用集集地震序列时程数据,对桥梁进行地震响应分析,发现结构在主震作用下,主梁发生落座,余震作用下有落梁的可能。结合国内外现有的连梁装置设计方法对结构布设抗震措施,并与初始结构的地震响应作对比,结果显示,连梁装置可有效抑制桥梁上、下部结构相对位移,提高结构抗推能力与整体性。因边墩负荷增大,主震激励下边墩发生了塑性破坏,余震序列作用下结构仍保安全。分析结构地震序列作用下的抗震性能,以保证结构在地震时的通行能力,这是非常必要的。     

高墩梁桥的地震冲撞效应及其应对策略初探

国内外多次地震表明了高墩桥梁的地震冲撞破坏现象,针对目前国内大量兴建的高墩梁桥,有必要研究高墩梁桥地震冲撞效应和减轻桥梁地震冲撞破坏的应对策略。本文根据高烈度震区的1座高墩梁桥建立全桥的空间有限元模型,并在墩-梁结合部伸缩缝处采用非线性接触单元模拟相邻梁间的冲撞行为,同时考虑了下部支座的影响;考虑不同的强震动输入,采用非线性时程分析方法,研究了高墩梁桥的地震冲撞效应及减轻冲撞的有效措施。研究结果表明:本文采用的冲撞力学模型能够合理地模拟地震作用下结构的冲撞现象;冲撞行为对结构的地震反应影响复杂;地震动特性对冲撞效应影响显著;调整伸缩逢宽度或设置弹簧-阻尼限位装置可有效缓解结构间的冲撞效应。     

钢管混凝土空间组合桁架连续梁桥地震响应影响分析

为揭示河谷场地"钢管混凝土空间组合桁架连续梁桥"地震响应规律,以京昆高速公路"干海子特大桥"为工程背景,建立其三维有限元动力计算模型;采用有限元与间接边界积分方程耦合法(FEM-IBIEM耦合法)进行场地反应计算,并通过多点激励(改进LMM法)方式进行地震动输入,研究行波效应、局部场地效应对其地震响应影响,并和一致激励进行比较,结果表明:该类桥梁低墩较高墩对地震动更敏感,且在墩高突变区域最为明显;较一致激励和高墩和对应梁跨,行波效应增大其墩底轴力、跨中下弦杆和斜腹杆轴力,但减小其它量测值;低墩和对应梁跨,行波效应减小其墩底弯矩、墩顶位移和跨中位移;较一致激励和行波效应,局部场地效应显著增大了大多桥墩和梁跨的位移和内力,且对墩高突变处低墩、梁跨的放大作用最为明显,因此对于河谷场地中"钢管混凝土空间组合桁架连续梁桥"抗震设计,特别是墩高突变区的低墩和梁跨,必须重点考虑局部场地效应的影响。     

空间多点地震作用下桥梁结构碰撞响应振动台试验研究

地震造成的桥梁上部结构碰撞及落梁破坏在历次大地震中基本都能观察到,以往的研究大多数局限于地震作用下桥梁碰撞响应的数值模拟研究,相关的试验研究还不多。此外,这些研究中也少有考虑空间多维多点地震动作用引起的桥梁上部结构更大的异向振动。本文采用振动台台阵系统,对空间多维多点地震作用下相邻桥梁结构碰撞响应进行试验研究。试验设计制作了几何缩尺比为1∶6的桥梁模型,研究比较了空间多点激励以及摇摆基础与固定基础两种基础形式对试验模型地震碰撞响应的影响。介绍了试验模型的设计制作、传感器布置,给出了试验结果及模型桥梁碰撞破坏情况。试验结果表明,地震动的空间变异性不能忽视,较大的碰撞力会引起桥梁伸缩缝处混凝土严重的局部破坏,相比于固定基础,摇摆基础能有效降低墩的破坏程度,但提高了上部结构的碰撞及落梁风险。     

可替换式桥梁横向防落梁限位装置抗震性能研究

针对目前桥梁结构横向防落梁限位装置损毁后修复困难的问题,提出一种新型的带可更换耗能段的桥梁横向防落梁限位装置。分别以可更换耗能段的腹板厚度、腹板高度及安装位置等为参数,采用有限元软件ABAQUS建立了10个不同参数的装置模型并对其开展拟静力仿真试验,探讨其工作机理,验证其可更换的设计思想并剖析其破坏机理,研究各参数对装置滞回曲线、承载力、延性和耗能能力的影响规律。结果表明:该装置可通过先可更换耗能段破坏再竖板破坏达到多道设防和分级耗能的目的,且整个加载过程中装置的滞回曲线饱满、稳定、无明显捏拢,表现出良好的耗能能力;随着可更换耗能段腹板厚度的增加,装置屈服承载力、极限承载力、屈服位移、极限位移以及延性系数逐渐增大,耗能能力逐渐增强;可更换耗能段高度对装置屈服承载力影响不显著;随着可更换耗能段高度的增加,装置极限承载力逐渐增大,装置屈服位移先增大后减小,装置极限位移整体呈下降趋势,装置的延性系数和耗能能力逐渐减小;可更换耗能段的安装高度对装置屈服承载力和耗能能力的影响无统一规律,但与装置的屈服位移、极限位移及延性系数成负相关。基于本析结果,建议装置在满足承载力要求的前提下,应尽量选取可更换耗能段腹板厚度较厚、高度较小和安装位置较低的参数进行设计。     

近断层地震作用下基础隔震层组合限位振动台实验研究

近断层脉冲型地震作用下,基础隔震结构隔震层会产生过大变形,导致隔震支座侧倾失稳,隔震体系破坏。设计制作了3层基础隔震钢框架实验模型和11种U型钢板I型铅棒组合限位器,进行了U型钢板静力加载实验和近断层脉冲型地震作用下基础隔震层软碰撞限位振动台模型实验。实验表明：①静力加载时,U型钢板具有很好的弹性性能;②动力作用下,组合限位器残余变形较小,仍具有良好限位复位能力;③近断层地震作用下,基础隔震层软限位效果良好,同时控制上部结构层间变形在允许范围内。     

大跨铁路钢桁连续梁桥减隔震方案比较研究

为研究适用于大跨铁路钢桁连续梁桥的减隔震方案及合理优化参数,以一座全长504 m的三跨铁路钢桁连续梁特大桥为工程背景,使用非线性结构分析软件SAP2000建立有限元模型,采用快速非线性分析方法分析对比摩擦摆、阻尼器、速度锁定器等减隔震方案在各种装置参数下的减震效率。研究表明:由于大跨铁路钢桁连续梁桥墩身自振导致的地震力较大,摩擦摆方案内力减震效率一般,同时墩底内力对滑动面半径变化并不敏感,在选取滑动半径时应更多地考虑行车平顺性和梁端位移值的限制。速度锁定器会极大地增加此类桥梁地震输入能量,不适用于此类桥型。阻尼器方案对活动墩内力减震效果明显,但不能有效降低固定墩内力。摩擦摆支座附加阻尼器组合减震方案能有效控制此类桥梁的内力和位移响应。研究结论可为大跨度钢桁连续梁桥减隔震设计提供参考。     

近断层区橡胶支座隔震结构限位研究

橡胶支座基础隔震结构遭遇近断层脉冲型地震动作用时,隔震层变形过大,需要限位。提出了软碰撞限位方案。按抗震规范设计橡胶支座隔震钢筋混凝土框架结构,选取近断层地震动记录,分析了限位主要参数预留距离、限位刚度和阻尼对隔震结构响应的影响。结果表明,预留距离增大,限位刚度需求增大,限位效果减弱;限位刚度增大,隔震层最大位移减小,上部结构层间最大位移增大;在一定范围内适当增大阻尼可减小隔震层最大位移与上部结构的层间最大位移。合理选用限位参数,可同时获得良好的限位与减震效果。提出了限位参数的优选方法。     

Lock-up装置在连续梁桥上的减震性能研究

以某客运专线上大跨连续梁桥为实际工程背景,研究了Lock-up装置对结构纵向抗震性能的影响。根据Lock-up装置在地震作用下具有反复锁止的受力特点,采用非线性时程分析方法,分析了锁止速度对结构减震性能的影响。结果表明:对于大跨连续梁桥,Lock-up装置能够充分发挥活动墩的抗震承载能力,有效地提高桥梁结构整体抗震性能。当锁止速度较小时,Lock-up装置可以采用大刚度连杆模拟,并假定其始终处于完全锁定状态。但当锁止速度较高时,应考虑Lock-up装置反复锁止的实际工作特点,否则应用上述计算方法所得的结果偏于不安全。     

基于限位索的简支梁桥地震防碰研究

强震作用下,简支梁桥固定支座容易发生破坏导致相邻梁体和梁台间产生较大的相对位移,引发邻梁碰撞,造成梁体的损坏甚至落梁。本文以我国西部某典型4×30 m公路简支梁桥为工程背景,分析了4种不同地震动激励下的碰撞效应,并在梁体间和梁台间引入限位索,进行了防碰撞研究。结果表明:在峰值加速度为0.30 g的地震动激励下,固定支座均出现了剪坏现象,梁体和梁台间最大相近位移超过了邻梁间距,均发生了碰撞;限位索可以有效地避免梁体间碰撞现象的发生,但在实际选用限位索数量时,既要考虑防碰撞效果,又要防止限位索拉断现象。