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。     

形状记忆合金橡胶对高架桥梁碰撞减震效果的试验研究

地震作用下,高架桥梁相邻主梁间的碰撞会引起结构位移和加速度响应增大、应力提高,导致混凝土开裂、脱落和伸缩缝被挤压破坏,甚至引发桥梁落梁和倒塌等,因此采取减轻或者避免桥梁结构在地震作用下碰撞的措施显得尤为必要。设计制备了具有变形自恢复能力的形状记忆合金橡胶碰撞缓冲器,通过桥梁地震碰撞的振动台试验,研究了形状记忆合金橡胶缓冲器对桥梁碰撞的控制效果,提出了碰撞缓冲器吸能效率和结构自身耗能控制率指标。研究表明,形状记忆合金橡胶碰撞缓冲器具有稳定的吸能效率,能够大幅度降低桥梁结构碰撞加速度和碰撞力,这对于提高城市交通网络的地震安全性能具有重要意义。     

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...     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于OpenSees的强震下混凝土结构梁-梁碰撞行为数值实现

绝大多数针对极端作用下的结构连续倒塌分析,在分析过程中不能实时地根据构件的损伤状态对分析模型进行修改,也不能考虑连续倒塌过程中的各种碰撞问题。连续倒塌过程中发生的碰撞对结构响应预测有重大影响。本文依据钢筋混凝土框架结构发生梁-梁碰撞的机理,基于OpenSees平台建模,结合Matlab的混合编程计算碰撞力,通过添加碰撞时程力并对结构进行模型更新,合理地实现钢筋混凝土框架结构在强震作用下的连续倒塌过程中发生梁-梁碰撞的具体过程。将得到的结果和传统时程分析法的结果进行的对比表明,结合Matlab和OpenSees命令可以实时地计算碰撞力序列和对结构进行更新,梁-梁碰撞和构件的逐步失效使结构的水平位移和转角有一定的增大,竖向位移有一定减小。     

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。     

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。     

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.     

连续梁桥纵向阻挡型限位装置防落梁效果分析

阻挡型限位装置在我国作为一种防落构造措施,没有经过计算和设计,难以对其防落梁效果进行有效评估。针对我国现阶段被广泛采用的多跨连续梁桥梁结构,采用非线性时程分析方法,探讨了阻挡型限位装置对结构地震反应的影响,结果表明:这种限位装置能够有效限制墩梁相对位移,发挥防落梁作用。但是由此引起的限位装置与过渡墩碰撞会显著增大过渡墩的地震响应,实际设计中应引起注意。安装限位装置还能够在一定程度上减小固定墩的变形,对结构进行延性设计时的变形能力也可以相应减小。本文还提出了针对40m跨径连续梁桥抗震设计时,阻挡型限位装置与过渡墩间隙的建议取值范围。     

高架桥梁地震响应模糊半主动控制

提出了使用MR阻尼器（Magnetorheological Damper）作为控制设备，以模糊集为基础的半主动控制算法，研究了8种模糊控制规则在高架桥梁地震响应中的控制效果。本文提出的模糊方法的优势在于算法自身的鲁棒性、处理非线性问题的能力和不需要结构的精确数学模型，算法需要的输入变量少，模糊算法的输出直接控制MR阻尼器的输入电压，与LQR-clipped算法不同，MR阻尼器的输入电压可以是零与最大值之间的任意值。根据高架桥梁的结构特点，将典型的墩-支座-桥面结构简化为一个两自由度的线性系统，计算了El Centro地震激励下，MR模糊半主动控制的地震响应，并分别与没有控制及其他控制时的地震响应进行了对比，分析了各种控制算法的控制效果。研究结果表明，MR模糊半主动控制算法可以达到LQR-clipped半主动的控制效果，且模糊控制所需要的控制力较小，为有效地发挥MR阻尼器的功能提供了一种简单的半主动算法。     

防落梁油阻尼器设计及工程应用研究

应用一款自主设计的油阻尼器进行了力学性能及简支梁桥减振试验研究。通过用FCS-250k N电液伺服控制作动器对油阻尼器进行加载试验,得出油阻尼器阻尼系数等参数。试验结果表明,本试验所用油阻尼器具有十分理想的速度相关特性,F-V图形在一定工作速度范围内呈线性关系,且具有良好的滞回性能。经过与典型实际桥梁的质量、刚度、频率以及初始阻尼比的组合计算,典型公路、铁路简支梁桥安装本油阻尼器后,在线弹性阶段可实现结构总体阻尼比在5%—20%之间可调;在强地震作用下,可实现梁体滑移限位,避免落梁,确保强地震后桥梁的可通行性。因此,油阻尼器在我国中小型简支梁桥抗震方向具有很大的发展前景。     

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。     

考虑支座摩擦滑移及结构碰撞的非规则人字形桥梁地震响应分析

针对非规则人字形桥梁在地震作用下灾变严重的问题,以一座非规则人字形桥梁为研究对象,建立其空间分析模型,研究综合考虑支座摩擦滑移、结构碰撞对非规则人字形桥梁地震响应的影响。结果表明:邻梁间的碰撞作用可使得桥梁墩顶位移及内力相比不考虑时有所减小,但同时也使梁体产生了较大的加速度脉冲效应;当考虑支座摩擦滑移和结构碰撞时,固定墩墩顶位移和邻梁相对位移峰值有一定程度增大,然而对梁体加速度脉冲效应结果影响并无统一规律;纵向地震波作用下,非规则人字形桥梁不仅存在顺桥向的碰撞,横桥向的碰撞响应也不容忽视。非规则人字形桥梁进行抗震设计计算时应选取符合实际情况的计算模型,考虑支座摩擦滑移及结构间的碰撞。     

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。     

汶川大地震公路桥梁震害初步调查

2008年5月12日我国四川省汶川县发生8级大地震,造成大量公路桥梁破坏。本文详细介绍了百花大桥、小鱼洞大桥、庙子坪大桥、龙尾大桥等9座典型公路桥梁的震害情况及原因。这个地区的桥梁主要为桥面连续简支梁桥,支座多为直接搁置的板式橡胶支座,地震中稳定性较差,主梁与桥墩连接较为薄弱,更多地发生横、纵向移位,乃至最终落梁。这种薄弱连接一定程度上降低了桥墩的地震荷载,总体上看桥墩震害较轻,但从破坏的桥墩、拱肋、盖梁来看,直接剪切或形成弯曲塑性铰后的剪切破坏较为多见。提出了公路桥梁抗震设计若干建议,涉及桥台抗震稳定性及强度校核、曲线梁桥和高墩桥梁设计、支座及防落梁措施设计、桥墩及构件延性设计、场地液化等多个方面。强调了抗震构造措施能够维持公路桥梁大震后应急通行功能的"最强设计原则"。     

地震作用下简支梁桥非线性碰撞分析

采用能量原理建立了能考虑梁薄壁特性的桥梁上部结构梁段单元动力分析模型,利用非线性接触单元Kelvin碰撞模型,考虑非线性支座的滞回特性(采用W en模型),选择适合不同场地条件的地震波,以京港澳高速公路孟姜女河桥(3跨简支梁桥)为例,进行了桥梁结构纵向碰撞非线性地震响应分析。计算结果表明,随着地震波强度的增加,桥梁上部结构碰撞次数明显增加,结构响应峰值均有所增大;跨间碰撞发生对地震响应值影响较大;伸缩缝间距大小及各跨长度比变化对跨间碰撞效应影响很大;结构碰撞响应对输入地震波具有较强的频谱敏感性;桥梁碰撞计算时桥台铅芯橡胶支座不能简单按简支约束处理。所得结论可供桥梁抗震设计参考。