城市桥梁粘滞阻尼器防地震碰撞分析与参数设计

研究了粘滞阻尼器防止城市梁桥地震碰撞反应的效果并提出了其参数设计方法。分析了线性粘滞阻尼器与非线性粘滞阻尼器阻尼系数的等效关系。运用随机振动理论与随机等效线性化理论建立了邻联间安装粘滞阻尼器后最大相对位移及墩顶最大位移的计算方法。以控制邻联最大相对位移小于实际间隙为目标,提出了防碰撞粘滞阻尼器参数设计方法。对1座4跨隔震连续梁桥进行了仿真分析,结果表明:粘滞阻尼器能有效抑制邻联的碰撞反应且不会显著增大桥墩的延性需求。在相同阻尼系数的情况下,粘滞阻尼器的速度指数越小,其防碰撞效果越好。利用人工波进行的时程分析结果验证了参数设计方法的可行性。     

地震作用下高墩连续T形梁桥梁端碰撞分析

针对高墩连续梁桥伸缩缝位置处的碰撞现象,建立考虑单边碰撞空间有限元简化分析模型,采用非线性时程分析方法研究了高墩连续梁桥伸缩缝处碰撞发生的规律.总结了梁端碰撞发生时各个桥墩、台位置处梁墩相对位移及墩底内力的变化规律,以及影响梁端碰撞的因素.研究成果对同类型桥梁抗震设计时具有一定的参考价值.     

双向地震作用下互通式斜交桥梁地震响应及碰撞效应分析

斜交桥梁由于其不规则的结构形式使其受力规律与规则桥梁相比具有特殊性和复杂性,在地震作用下梁体的平动与转动存在弯扭耦合效应,导致结构动力响应分析复杂。针对斜交桥梁的结构特点,建立包含桩土相互作用的三维有限元模型,在考虑水平双向地震作用下,采用反应谱法及时程分析法对京包高速公路某互通式斜交桥梁进行地震反应分析。结果表明:互通式简支斜交桥梁的地震响应受地震动输入方向的影响较大,在考虑碰撞效应后,碰撞涉及结构部位的地震位移显著增加,地震内力也出现较大差异,即说明在斜交桥梁抗震设计时有必要适当考虑地震动输入方向和梁端与墩台及相邻梁端的碰撞效应。     

基础平动与转动结构随机地震响应分析的复模态法

本文对基础平动与转动结构随机地震响应问题进行了系统研究。首先建立了结构运动方程，然后针对体系运动方程为非经典阻尼的情况．用复模态法解耦获得了体系位移、速度和加速度随机地震响应的解析解，最后通过一个例子来说明考虑结构一地基相互作用的必要性。本文方法可推广到非平稳地震响应分析。     

中国主要地震活动区的地震间隙分布

结合地震间隙和强度变化分析了本世纪全国及国内主要地震活动区中强以 上地震活动特征,间隙大多在５．５ａ内,一半以上在２．５ａ内,最大间隙近１８ａ.５０年代 以后全国７．５级以上和７．０级以上、青藏块体７．０级以上地震活动及近２０ａ来台湾 ７．０级以上、华北和四川６．０级以上地震活动明显减弱,２０－３０年代青藏块体北部大 震的活动影响一直持续到７０年代,５．０－６．５级地震活动自８０年代明显增强,云南 ７０年代后形成的地震活动高潮实际上从６０年代就开始增强,华北和台湾地区表现 了强震前活动增强而甘宁青地区表现了强震后活动衰减的典型过程,制约我国地震 活动的大三角应力场、东部应力场和全球应力场具有长期稳定的２０ａ周期性,后面的 应力场依次滞后于前一个应力场约１／４个周期,前两者起主导作用,青藏块体东北缘 的地震活动除受东部应力场的影响外,还与青藏块体地壳物质东流的重要作用有关, 今后几年要特别注意四川和甘宁青６．０级以上、甘肃地区５．０级以上及新疆７．０级 以上地震。     

梁式桥地震碰撞响应及防碰撞与落梁措施研究进展

简述了地震中观察到的桥梁结构地震碰撞现象,以及已经发展的各种模拟地震碰撞现象的理论分析模型.在此基础上,对桥梁碰撞反应发生机理、碰撞对结构构件抗震能力的影响以及有关防止碰撞发生及防止落梁的有效措施等方面的研究进展进行了回顾和总结.展望了有待进一步研究的问题,包括开展大比例尺的实桥模型地震碰撞试验研究、空间地震动对长跨梁...     

基于动力子结构方法的场地地震反应分析方法

本文验证了将约束子结构法引入到复杂场地地震反应分析的可行性,并在此基础上提出了两种进一步提高计算效率的简化措施。结合土层有限元模型的自身特点,提出了标准子结构的概念,通过设置标准子结构,可减少相同子结构的重复计算。基于约束子结构本身的性质,假定土层计算区域为局部非线性,可简化等效线性化分析过程,通过数值试验给出了局部非线性区域的取值范围。算例表明,上述简化措施在提高大规模复杂场地地震反应分析计算效率方面具有显著的优势。     

基于三维接触-摩擦理论的渡槽结构地震碰撞反应分析

地震作用下渡槽梁体间的碰撞反应易对其抗震安全性产生重大影响.本文基于接触-摩擦理论,通过编制FORTRAN程序,建立了渡槽结构的三维动力分析模型,研究其在地震作用下的碰撞反应.结果表明,纵向地震输入是渡槽碰撞反应的控制工况;伸缩缝宽度增大,碰撞次数减少,但碰撞力峰值增大;渡槽的碰撞反应具有明显的地震动频谱敏感性,且随着槽内水深的增加而增大;碰撞会使梁端加速度反应明显增大,而使速度和位移反应趋于减弱;摩擦对渡槽纵向地震反应影响较弱,但对梁端横向位移反应和邻梁相对转角影响较大.     

多维地震输入下曲线匝道桥梁伸缩缝碰撞响应

针对曲线匝道桥梁伸缩缝地震碰撞破坏现象,依托某市多层互通式立交体系中一座独立、单支、多联、曲线、箱梁匝道桥,用Kelvin接触单元模拟了伸缩缝处地震和碰撞效应,建立了全桥空间动力分析模型。利用非线性时程分析法,分别输入单维(X方向、Y方向)和多维共8种地震动工况,分析了曲线匝道桥梁伸缩缝的地震碰撞响应差异。结果表明:曲线匝道桥梁由于曲率的影响,不同方向地震动响应存在耦合效应,其伸缩缝碰撞响应的最不利值应考虑多维地震输入工况,并用碰撞力和碰撞位移双指标控制伸缩缝的地震碰撞响应。     

等效线性化地震反应的震级距离参数调整法及其在地震安全性评价中的应用

传统等效线性化波动法最主要的缺陷之一是,当基岩输入地震动较强时,高频段算得的放大倍率比实际场地的实测结果明显偏低。在地震安全性评价中,该缺陷导致了低估重大工程设计地震动参数的严重后果。为弥补等效线性化方法的上述缺陷,沈建文等(2010)提出了通过震级M和距离R参数修正等效线性化的方法EQLM(M,R)。本文指出应变折减系数对计算结果的重要影响,对土层反应的等效线性化方法EQLM(M,R)做了进一步的讨论。同时结合地震安全性评价的算例,用设定地震确定了震级-距离,用EQLM(M,R)完成了土层反应的计算。     

城市桥梁地震碰撞反应研究与发展

地震时城市桥梁会因邻跨之间的碰撞而发生灾害.本文从桥梁碰撞的模拟模型、发生条件、影响因素、碰撞对桥梁抗震性能的影响以及防止碰撞的措施等方面,对国内外有关城市桥梁碰撞地震反应研究的成果进行了系统的总结和分析,得出以下结论：桥梁碰撞是多因素共同作用所导致的,并使得桥梁的地震反应更加复杂、呈现非线性;要准确评价桥梁地震碰撞反应需要建立更精确的模拟模型;选择合理的邻跨间距和支座宽度以及安装合适的消能减震装置,可有效地减小桥梁的地震碰撞反应.     

基于随机振动理论的抗震分析方法研究进展

介绍了随机振动理论在工程结构抗震分析方法中的最新进展。对近年来发展的虚拟激励法在线性结构系统中所具有的高效随机振动分析作了较为完整的介绍,尤其在多点地震激励的随机振动分析中具有优越性。同时,介绍了最新发展的概率密度演化方法,这一方法在非线性结构系统分析中具有独特性,可获得非线性结构反应的概率密度分布及其随时间的变化过程。     

Implications of seismic pounding on the longitudinal response of multi-span bridges - an analytical perspective

Seismic pounding between adjacent frames in multiple-frame bridges and girder ends in multi-span simply supported bridges has been commonly observed in several recent earthquakes. The consequences of pounding include damage to piers, abutments, shear keys, bearings and restrainers, and possible collapse of deck spans. This paper investigates pounding in bridges from an analytical perspective. A simplified nonlinear model of a multiple-frame bridge is developed including the effects of inelastic frame action and nonlinear hinge behavior, to study the seismic response to longitudinal ground motion. Pounding is implemented using the contact force-based Kelvin model, as well as the momentum-based stereomechanical approach. Parameter studies are conducted to determine the effects of frame period ratio, column hysteretic behavior, energy dissipation during impact and near source ground motions on the pounding response of the bridge. The results indicate that pounding is most critical for highly out-of-phase frames and is not significant for frame period ratios greater than 0.7. Impact models without energy dissipation overestimate the displacement and acceleration amplifications due to impact, especially for elastic behavior of the frames. Representation of stiffness degradation in bridge columns is cssential in capturing the accurate response of pounding frames subjected to far field ground motion. Finally, it is shown that strength degradation and pounding can result in significant damage to the stiffer frames of the bridge when subjected to large acceleration pulses from near field ground motion records.     

地震作用下公路桥梁碰撞的半主动控制研究

针对地震作用下公路桥梁的碰撞问题,采用接触单元法模拟桥梁之间的碰撞作用,并在此基础上研究了采用磁流变阻尼器的公路桥梁碰撞的半主动控制方法。通过对某公路桥梁的数值模拟发现,地震作用下桥梁之间的相互碰撞,将大幅增加桥梁的绝对加速度响应。采用磁流变阻尼器的半主动控制系统能够较好地降低结构的地震响应和消除地震作用下的碰撞。     

Evaluation of pounding countermeasures and serviceability of elevated bridges during seismic excitation using 3D modeling

This paper conducts elaborate analyses to evaluate the effectiveness of pounding countermeasures and the serviceability of elevated bridges subject to severe ground motions using detailed 3‐dimensional non‐linear modeling of an entire bridge structure system. A three‐span elevated steel bridge is selected for a case study. The peak and residual magnitude of gaps between girders and the maximum shear deformations of bearings are computed and used in the serviceability evaluation. The results show that under proper configurations the mitigation devices work effectively in reducing pounding actions in both the longitudinal and rotational directions. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

Seismic spatial effects on dynamic response of long-span bridges in stationary inhomogeneous random fields

The seismic analysis of long-span bridges subjected to multiple ground excitations is an important problem.The conventional response spectrum method neglects the spatial effects of ground motion, and therefore may result in questionable conclusions. The random vibration approach has been regarded as more reliable. Unfortunately, so far,computational difficulties have not yet been satisfactorily resolved. In this paper, an accurate and efficient random vibration approach -- pseudo excitation method (PEM), by which the above difficulties are overcome, is presented. It has been successfully used in the three dimensional seismic analysis of a number of long-span bridges with thousands of degrees of freedom and dozens of supports. The numerical results of a typical bridge show that the seismic spatial effects, particularly the wave passage effect, are sometimes quite important in evaluating the safety of long-span bridges.     

地震作用下隔震简支梁桥碰撞反应的振动台试验

由地震引发的碰撞是影响桥梁地震反应以及造成桥梁破坏的重要因素。本文对地震作用下隔震简支梁桥的碰撞反应进行了振动台试验。设计制作1个两跨简支的隔震梁桥模型,试验研究了梁间隙、邻梁质量比、隔震支座类型等参数对桥梁碰撞反应的影响。试验结果表明邻梁间隙、邻梁质量比、隔震支座类型等参数对桥梁的碰撞反应有着显著的影响。邻梁间隙越大,碰撞次数越少;邻梁质量比越大,撞击力越大。铅芯橡胶支座比板式橡胶支座耗能能力更强,可以有效降低邻梁之间的撞击力甚至避免碰撞发生。从而为桥梁防碰撞设计提供了可靠的试验依据。     

近断层地震特性对隔震曲线连续梁桥地震响应的影响

为研究近断层地震动对曲线连续梁桥地震响应及碰撞效应的影响,采用非线性时程分析法,分别研究脉冲效应、上盘效应及方向性效应对某三跨曲线连续梁桥支座位移、桥墩内力及邻梁间碰撞力的影响;通过支座隔震率的对比分析,探究不同类型近断层地震动下地震响应产生差异的原因。研究结果表明:脉冲效应、上盘效应和方向性效应均会增大曲线连续梁桥地震响应,脉冲效应的影响尤为显著;脉冲效应和方向性效应削弱了高阻尼橡胶支座的隔震特性,而上盘效应对桥梁响应的影响仅与上盘地震动自身特性有关;综合来看,脉冲效应对曲线梁碰撞响应影响最明显,上盘效应影响不大。