减隔震桥梁设计方法及抗震性能研究综述

桥梁作为交通系统中的生命线工程,其抗震性能问题尤为重要。桥梁减隔震技术主要通过减隔震装置来降低结构的地震损伤,目前已发展成为提高强震区桥梁抗震能力的重要措施。为促进减隔震技术在中国桥梁工程领域的进一步发展,首先总结减隔震桥梁的设计方法,归纳其地震反应和震害情况,对采用不同减隔震装置桥梁的非线性动力性能、减隔震效果、地震随机响应、易损性及性能优化方法等研究情况进行梳理;其次,概述减隔震技术在斜交桥、曲线桥及铁路桥梁中的应用情况与研究进展,并介绍新型韧性抗震设计理念在桥梁工程领域中的应用情况和发展前景;最后,总结减隔震桥梁的试验研究情况,指出目前减隔震桥梁研究中的不足和发展趋势。     

桥梁震害的历史回顾(下)

震害是桥梁抗震研究的第一手资料,值得认真学习及反复思考桥梁抗震发展历史与趋势。文中梳理了21世纪以来桥梁震害情况,它们大多依现代结构分析理论及抗震规范设计,以期能对桥梁震害在整体上获得更客观和深刻的认识,甚至发现新的研究问题以供讨论。以美国地震工程研究学会(earthquake engineering research institute, EERI)的(learning from earthquake, LFE)项目地震资料为主,展示了近20年出现的桥梁典型性震害并进行初步的评价。最后得出结论和建议:隔震桥梁宜增强其位移控制能力;建议将液化和地质次生灾害融入地震烈度区划图;发展指导新桥设计与旧桥加固相统一的基于性能设计方法;增强对近(跨)断层与桥梁基础抗震相关问题的研究。     

桥梁减隔震技术的应用现状与发展趋势

近几十年桥梁减隔震技术在很多国家得到了广泛应用,已成为提高强震区桥梁抗震能力的重要手段。本文简要介绍了现有的桥梁减隔震装置,归纳了国内外经受过地震考验的多座隔震桥梁的抗震性能和震害表现,特别分析了2008年汶川大地震和2011年东日本大地震中的隔震桥梁及支座的抗震性能。根据减隔震桥梁的震害特征,总结了减隔震设计和应用是需注意的问题,包括减隔震设计方案选择、设计方法与构造要求、临近断层的设计挑战、减隔震装置耐久性等。最后展望了桥梁减隔震技术与理论的未来发展趋势,以促进对减隔震技术在桥梁工程领域的应用和发展。     

强震下拱式体系桥梁震害特征及抗震研究

以汶川地震中拱式体系桥梁震害为主线,总结主拱圈、横向连接系和其它附属构件及减隔震设计拱桥的破坏情况,对国内外拱桥的震害特征及原因进行了剖析。以目前应用数量占优的钢管混凝土肋拱桥为具体背景,对拱式体系桥梁的抗震理论、抗震试验和减隔震设计进行了评述。分析认为拱式体系桥梁竖向和纵桥向抗震存在一定的安全储备,但横桥向存在明显的抗震薄弱环节。针对钢管混凝土肋拱桥横桥向振动及倒塌特点,就目前在拱式体系桥梁中引入防屈曲支撑代替横撑以形成耗能减震结构提出了建议及具体可行设计方式。     

跨海桥梁抗震设计研究发展综述

国内外特别是我国近些年跨海桥梁建设发展迅速,鉴于1995年日本Kobe地震中存在跨海桥梁损伤的案例,如东神户大桥和明石海峡大桥(地震时未完工),因此跨海桥梁的地震安全问题显得尤为重要。目前,桥梁抗震问题的研究与总结主要集中于陆上桥梁,针对跨海桥梁的抗震设计方法与研究相对较少。归纳了世界范围内经受地震考验的跨海桥梁的震害表现,通过分析国内外不同历史时期几座典型跨海桥梁的抗震设计和减隔震技术的应用,总结了跨海桥梁抗震技术的发展与主要成果。     

2020年1月19日新疆伽师MS6.4地震交通系统震害特点分析

交通系统是生命线工程重要的组成部分,交通系统的破坏对震后的抗震救灾以及社会功能的恢复影响重大。伽师M S6.4地震造成交通系统中桥梁构件破坏、路面开裂及路基受损等多种形式的震害,影响正常使用,造成了比较严重的经济损失。文中通过现场调查及资料收集,总结了伽师M S6.4地震中交通系统的震害现象,简要分析了交通系统的震害特点及原因,为今后交通系统抗震设防、减轻地震灾害以及抗震救灾工作提供依据。     

汶川地震对建筑结构设计的启示

汶川大地震造成了大量房屋建筑的破坏。本文通过对钢筋混凝土结构和砌体结构的震害研究、非结构构件的震害分析以及典型震害进行的调查归类分析,探讨了此次地震对建筑结构抗震设计的启示,总结了经验并给出了以下相关的建议：（1）适当提高抗震设防标准。（2）房屋建筑设计要更好实现“强柱弱梁”机制：改进加强楼梯间设计：进一步研究非结构构件与主体结构的连接。（3）进一步推广隔震技术。     

四川长宁县6.0级地震通信系统结构震害调查与分析

通信系统是生命线工程系统的重要组成部分,对震后通信系统各组成部分震害调查具有重要的现实意义。2019年6月17日四川省宜宾市长宁县发生6.0级地震,震源深度16km。首先介绍了该次地震震区及震害基本情况,并分为楼面基站和落地基站两类详细调查了Ⅷ度区长宁县双河镇和珙县珙泉镇震后通信系统使用功能及震害情况,得到了该次地震中通信系统各主要组成部分的典型破坏特征,并对其破坏的主要影响因素进行了分析。由调查结果可知:通信铁塔抗震性能良好;地面通信机房的破坏程度与结构形式紧密相关,应优先采用框架结构和彩钢机房,或者在砌体结构中增加圈梁和构造柱,增加机房整体稳定性;通信设备是通信系统抗震薄弱环节,应增强其抗震性能。     

汉中地区变电设施在汶川大地震中的表现及其分析

"5.12"汶川大地震中,陕西省的电力系统受到了不同程度的震害,汉中地区的震害尤其严重。根据震后对汉中地区变电站系统的震害调查,本文描述了在这次地震中汉中地区变电设施的震害情况和地震表现,对震害情况进行了破坏原因的分析,并对今后的变电站抗震设计提出了一些建议。     

减隔震技术在桥梁结构中的应用

首先对减隔震技术的概念、原理等作了一定的介绍,并通过与传统的利用结构自身强度抵抗地震作用方法的比较,说明了减隔震技术在减小结构的地震反应、工程造价方面的优越性.在对几座典型的减隔震桥梁介绍基础上,表明了减隔震技术在一些桥梁结构抗震设计或加固中的应用情况与所取得的良好的抗震性能.阐述了目前减隔震技术研究的情况及今后需要进一步研究的问题,为我国从事相关工作的工程人员和研究人员提供一点参考.     

桥梁减震性能研究

针对当前桥梁延性抗震及减、隔震设计的研究现状，阐述了在桥梁减、隔震设计中存在的问题，并采用编制的有限元非线性动力分析程序，对设置橡胶支座的一座简支梁桥的抗震性能进行了分析，检验了减、隔震支座的减震效果，比较了普通延性抗城和普通板式橡胶支座，铅芯橡胶支座的减震特点对减、隔震桥梁的延性地震响应特性进行了初步的探讨。     

近断层区域减隔震铁路桥梁地震动强度指标选取研究

为选取适用于近断层区域减隔震铁路桥梁的地震动强度指标,完善近断层区域减隔震桥梁基于性能抗震设计方法,从NGA-West2数据库中选取了236条近断层脉冲地震记录作为输入地震激励,采用单自由度Bouc-Wen非线性模型模拟减隔震桥梁力学特性,应用MATLAB编制计算程序,对强度折减系数R=1~8,初始周期在0.5~3 s范围内的Bouc-Wen单自由度模型进行了非线性时程分析。然后选用位移响应峰值结果作为地震工程需求参数,基于相关性、可行性、有效性三项评判准则评价了25个地震动强度指标的合理性。研究结果表明:近断层区域,短周期(0.5~1 s)减隔震桥梁选用有效峰值速度EPV进行抗震分析和评估较为合理;中等周期(1~2 s)减隔震桥梁宜选用Fajfar指标IF;有效峰值位移EPD可作为长周期(2~3 s)减隔震桥梁抗震分析和评估推荐指标;在全部周期(0.5~3 s)范围内,峰值速度PGV均适用。     

震后居民点建筑物的工程状态预测

对近20年来破坏性地震后果的工程分析和地震时考察建筑物的经验得出，同一类型的抗震建筑物和普通建筑物的震害性质相似、定量指标不同；地震时抗震建筑物震害程度低于普通建筑物；抗震建筑物震害程度的数值分布符合高斯规律。大量资料分析认为，抗震建筑物震害程度取决于地震烈度，具有线性特征。提出了承重砖石墙建筑物、框架和大板房屋建筑物在地震烈度Ⅶ～Ⅸ度时建筑物震害程度的计算公式，并绘制了曲线图。抗震建筑物震害程度均方差较少，与普通建筑物大约相当。提出的有抗震措施建筑物震害程度与地震烈度呈线性关系具有近似性，但可用于评定震后居民点建筑物的期望工程状态。     

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"。     

基于VC++的梁式桥震害评估软件

震后桥梁结构震害快速评估能够为地震应急救援提供重要参考信息,对减灾工作具有重要价值。为了快速准确地评估遭受地震影响梁式桥的破坏状态,使梁式桥震害评估方法在地震应急中发挥更大作用,基于统计回归模型、神经网络模型和推断模型等三种梁式桥震害评估模型,采用VC++6.0及Access2003数据库软件开发了有关评估软件,并以桥梁震害资料为算例验证了软件的可靠性。     

芦山MS7.0地震建筑结构震害特征

基于2013年4月20日四川芦山M_S7.0地震灾区的房屋建筑震害调查资料, 初步分析了这次地震中建筑结构的震害特征. 结合典型建筑结构震害案例, 从抗震概念设计和抗震构造措施的角度对震害机理进行了探讨, 总结了结构抗震设计方面的经验和教训并给出了相关的建议. 分析表明, 农村自建的砖木和土木结构房屋的抗震能力普遍较差; 砖混结构和砌体-框架混合结构的抗震性能需要严格的抗震构造措施给予保证, 包括合理设置钢筋混凝土构造柱和圈梁, 合理设置承重墙的数量以及承重墙上开洞的数量和位置; 由于鞭梢效应造成的突出屋顶的楼梯间和加层的破坏需引起重视.      

桥梁抗震研究的近期进展

近期在智利圣地亚哥召开的第16届世界地震工程大会汇集了世界地震工程领域最新研究成果,有关桥梁抗震研究方面的论文就有90多篇,主要涉及大跨度桥梁的抗震设计、基于地震可恢复性的桥梁减震隔震措施、桥墩的抗震性能研究、桥梁的碰撞与接触问题、桥梁的地震反应分析等方面的内容。本文就这些方面的内容进行分类汇总和介绍,并谈了几点体会。很显然,桥梁抗震研究的发展趋势也会与整个地震工程界倡导的可恢复性的抗震设计理念同步,在可方便替换"保险丝"构件、摇摆自复位体系、更有效的减震隔震措施等方面有所推进。从大会报告的内容看,减隔震装置和桥墩自复位体系都是当前桥梁抗震研究的热点课题,如果将两者同时用于桥梁体系,进行优化设计,会有更好的抗震效果。     

汶川地震砌体结构的震害与改进砌体结构抗震性能的途径和方法

介绍了汶川8级地震中砌体结构房屋的震害情况,归纳分析了砌体结构房屋在地震中的震害特征及其原因,总结出了砌体结构抗震“选材合理、整体设计、注重细节、确保质量”的总体原则,提出了采用“高宽比”来设计窗间墙的宽度、房屋底层中部加设圈梁的建议,讨论了采用隔震技术、墙体开缝耗能、“隐形构造柱”和“捆绑”抗震、设置减震缝及耗能砂浆抗震技术来改进砌体结构抗震性能的新途径和新方法,最后对砌体结构的发展提出了建议。     

青海玛多7.4级地震桥梁工程震害特性分析

2021年5月22日青海果洛州玛多县发生7.4级地震,导致了显著的桥梁结构震害。本文基于现场调查,介绍了野马滩大桥、野马滩2号桥、黑河中桥、吾儿美岗大桥和雅娘黄河桥的典型震害特征。进一步结合地震断裂与桥位关系、地震台站的地震动记录与特性分析,初步分析了各桥的地震致灾要素和结构失效机理。野马滩大桥和野马滩2号桥整体划一的落梁震害可能系近断层法向的方向性效应所致;黑河中桥的结构轻微震害应系桥台的纵向约束作用,整个桥梁的纵向地震响应类似于整体式桥;吾儿美岗大桥结构南北方向的地震响应高于东西方向,同时减隔震支座与上、下部结构的有效锚固是发挥其减震耗能功效的必要保证;雅娘黄河桥未见水平方向地震作用所导致的显著震害特征,初步推断墩底的压溃破坏可能系震中竖向地震动所致。     

云南漾濞6.4级地震木构架房屋震害调查与分析

地震灾害现场调查是研究结构破坏机理的科学可靠的方法之一。本文通过对云南漾濞6.4级地震中木构架房屋震害现象调查与分析,结合芦山地震中穿斗木结构的震害特征对比研究,给出了木构架房屋的抗震能力介于穿斗木结构与土木结构之间的初步结论,同时指出建造时间是木构架房屋抗震能力评估时需考虑的重要影响因素。针对漾濞县苍山西镇花椒园村背阴坡小组某夯土墙-木构架房屋倒塌的原因进行了分析,得出该房屋存在结构层间刚度不均匀、榫槽处柱截面削弱以及榫卯节点整体性差等抗震薄弱环节,导致在强地面运动的作用下发生了柱榫槽处折断和部分榫头脱落的整体倒塌震害现象。本文基于对倒塌木构架房屋的震害机理研究和抗震薄弱环节识别,可为木结构房屋抗震加固和震后修复提供参考依据。