基于IDA分析的深水隔震桥梁抗震性能评估

考虑地震动水压力和波浪效应的共同作用,建立了隔震桥梁的弹塑性有限元分析模型,从太平洋地震研究中心(PEER)的数据库中选取17条天然地震记录对桥墩、铅芯橡胶支座(LRB)进行了IDA分析,通过对IDA曲线的统计形成了桥墩和LRB的概率分位曲线,进而对桥墩、LRB及桥梁系统进行了抗震性能评估。分析得出,基于IDA的抗震性能评估曲线不仅能够清楚地反映出隔震桥梁在不同强度地震下的损伤状况,也能够结合结构所定义的极限状态评估出结构能够抵抗地震等级的大小。桥墩和LRB在17条天然地震动作用下的IDA曲线都表明,随着地震动加速度峰值的增加,各曲线的离散程度愈明显;LRB和桥墩抗震性能的评估显示,LRB在加速度峰值0.1g左右时开始进入屈服阶段,先于桥墩和桥梁结构破坏,故能够起到保护桥梁的作用。     

曲线桥梁摩擦滑移隔振试验及隔振机理研究

针对曲线桥梁在地震中因固定支座处及桥墩底部受力过大而破坏严重的现象,提出考虑支座摩擦滑移隔震的曲线桥梁抗震设计方法,通过大型振动台模型试验,研究曲线桥梁考虑支座摩擦滑移时的隔震机理。试验结果表明:支座摩擦滑移可有效减小地震作用下曲线桥梁的桥墩加速度响应,但同时会增加桥墩与梁体间的相对位移;曲线桥梁进行隔震设计后,桥墩的应变响应明显减小,证明该设计方法可有效避免地震作用下桥墩底部产生较大的损伤;最后,探讨了考虑支座摩擦滑移时曲线桥梁的隔震机理并与震害进行了对比验证。研究成果可为曲线桥梁的减震隔设计提供新的视角。     

不同地震激励方向下隔震曲线梁桥易损性分析

为进一步评估隔震曲线梁桥在地震激励下的抗震性能,从地震易损性角度出发并兼顾考虑地震激励方向对其易损性的影响。利用APDL建立采用板式橡胶支座的隔震曲线梁桥有限元模型,从PEER中选取同一地震事件中的近断层地震动,按规范规定比例输入水平双向地震动进行非线性动力时程分析,结合地震响应与损伤指标计算得到各构件地震易损性曲线;考虑地震激励方向的变化,通过MATLAB编程绘制得到桥梁结构构件(桥墩与支座)以及整体系统的地震易损性曲面,分析探讨地震激励方向对隔震曲线梁桥易损性的影响。结果表明：不同极限状态下各桥墩切向损伤条件概率明显大于其径向,各支座的切向与径向易损性相差不大,但仍是各支座的切向易损性略大于径向易损性;桥梁各构件(桥墩与支座)切向易损性对地震激励方向均表现出很强依赖性,而径向易损性对其的依赖性相对较弱,且伴随损伤等级的提高,构件易损性对地震激励方向更加敏感;桥梁整体系统易损性对地震激励方向的变化不太敏感,且因各构件响应之间的相关性较高,其系统易损性更接近于易损性最大的构件——易损性下限;当进行隔震曲线梁桥抗震性能评估时,应考虑不同地震激励方向对其地震易损性的影响,从而使得易损性分析...     

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到桥梁的整体损伤指数。结果表明:不同地震动下主梁会发生碰撞破坏,桥梁两端的支座容易发生移位,桥墩沿横桥向或顺桥向均会产生位移;不同地震动对主梁、支座、桥墩等构件造成的损害程度有较大差异,各构件的地震响应会影响桥梁整体结构的抗震性能,其中桥墩对桥梁整体抗震性能的影响最大,桥墩位移超过极限值可能导致倒塌;主梁反复碰撞会加剧桥梁的破坏程度,桥梁两端支座在地震作用下更容易发生损坏。     

基于IDA的高墩大跨桥梁地震易损性分析

针对目前我国桥梁抗震设计规范仅适用于墩高40m以下规则桥梁的现状,以一常见山区高墩大跨连续刚构桥为研究对象,采用IDA方法分析了桥梁结构在15条地震动下的动态响应,得到桥墩各截面在所有地震动作用下的曲率包络图。以高墩最不利截面的材料损伤应变所对应的截面曲率为损伤指标,结合能力需求比对数回归分析,计算了高墩在不同损伤状态下的破坏概率,建立了墩柱易损性曲线,同时还建立了梁端支座的易损性曲线。基于联合失效概率分析方法,形成了桥梁系统易损性曲线。分析结果表明:薄壁空心墩连续刚构桥在强地震作用下高墩发生破坏的部位主要集中在墩顶和墩底区域;墩柱发生完全破坏的概率极小,但桥台处梁端活动支座的地震损伤概率较高;桥梁系统损伤概率能够更加准确地反映高墩大跨桥梁的真实抗震性能。     

隔震与非隔震支座对混凝土箱梁桥地震易损性的影响

为评估隔震和非隔震支座对桥梁地震易损性的影响,以一座3跨连续混凝土箱梁桥为分析对象,首先建立采用铅芯橡胶隔震支座与非隔震型盆式橡胶支座下桥梁的数值模型,求得不同程度地震作用下墩顶与支座的最大位移响应;再定义转角延性比损伤指标,结合支座剪应变,分析桥墩和支座的地震易损性情况;最后通过宽界限法建立全桥地震易损性曲线。研究结果表明,支座是较容易发生损坏的构件,而桥梁系统比桥墩或支座更易发生破坏,同时铅芯橡胶支座的破坏概率明显低于非隔震型盆式支座,可见采用隔震支座能有效减小桥墩墩顶在地震作用下的最大位移,此时桥墩地震易损性优于采用非隔震支座的情况。     

强震下港珠澳连续梁隔震桥抗震性能研究

以实际港珠澳大跨度连续梁隔震桥为研究对象,采用纤维塑性铰单元模拟钢筋混凝土桥墩的非线性状态,建立其三维全桥有限元模型,对隔震及非隔震桥梁进行时程分析,采用桥墩曲率延性比和支座极限容许位移作为桥梁损伤破坏指标,定量评价隔震及非隔震桥梁在罕遇和极罕遇地震作用下的抗震性能,探讨隔震桥梁和非隔震桥梁的破坏模式;并研究材料非线性对桥梁结构地震响应的影响。研究结果表明：是否考虑材料非线性,对非隔震桥梁结构地震响应影响较大,对隔震桥梁影响较小;强震下隔震桥梁抗震性能明显高于非隔震桥梁,且破坏模式也不同于非隔震桥梁;隔震桥梁很好地保护桥墩构件,桥墩未发生任何损伤,而非隔震桥梁其桥墩在极罕遇地震作用时进入了严重破坏状态,且桥墩构件先于盆式支座发生损伤破坏。     

基于性能的RC桥梁地震易损性分析

桥梁的地震易损性分析大多数基于桥梁的破坏状态,基于结构性能的易损性分析直接给出结构对应于不同功能等级的失效概率,因此基于性能的易损性分析更具有实用价值。迄今为止,在桥梁领域尚没有基于结构性能的易损性分析,其主要困难在于定义与结构性能水准相适应的量化性能指标。基于结构极限状态定义了钢筋混凝土桥梁的4个性能水准,以目标墩顶漂移率为量化性能指标,提出基于性能的钢筋混凝土桥梁的地震易损性分析方法。由于桥墩是桥梁结构中极易受到破坏且不易更换的构件,因此常通过研究桥墩的易损性来研究桥梁结构的易损性。在地震作用下,隔震装置将会影响桥墩的易损性,但是目前缺少相关研究。以4跨连续钢筋混凝土桥梁为例,采用Open Sees分别建立非隔震桥梁和隔震桥梁的有限元模型,考虑地震动随机性,对两种桥梁进行了基于IDA(增量动力分析方法)的非线性动力时程分析。最后用文中提出的方法分别对非隔震桥梁和隔震桥梁的中墩进行基于性能的地震易损性分析,并形成易损性曲线。对比非隔震桥梁和隔震桥梁中墩的易损性曲线,分析隔震支座对桥墩易损性的影响。     

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。     

考虑SSI效应的层间隔震结构在三维地震下的响应研究

为探讨三维地震下层间隔震结构考虑土-结构相互作用(SSI效应)时的地震响应,建立了考虑SSI效应的层间隔震结构模型,分别输入一维、二维、三维地震动,比较层间隔震结构在不同维度地震波输入工况下的地震响应。针对三维地震动输入下隔震支座拉压应力超限问题,添加三维隔震装置,并与传统水平隔震结构地震响应结果进行对比分析。结果表明:三维地震动输入下的结构地震响应大于一维和二维;加入三维隔震支座后,竖向地震动被有效隔离,结构地震响应减小,优化了支座受力,支座拉压破坏问题得以解决,地基土体应力小于设置传统水平隔震支座下的土体应力,对地基和基础设计有利。     

竖向地震动对滑动摩擦隔震桥梁结构地震反应的影响

利用接触摩擦单元建立了滑动摩擦隔震桥梁支座在竖向地震动作用下的有限元模型,通过算例讨论了竖向地震动对不同支座摩擦系数和不同刚度(墩径)滑动摩擦隔震桥梁地震反应的影响,初步探讨了竖向地震动的激励方向对分析结果的影响,分析结果表明,竖向地震动对滑动摩擦隔震桥梁结构的地震反应有较大的影响,在竖向地震动较为明显地区的滑动摩擦隔震桥梁结构设计时,应予以考虑。     

隔震曲线梁桥不同等级地震的振动特性模拟分析

曲线桥梁抗震特性模拟分析对于曲线桥梁隔震、减震有着重要意义。基于隔震曲线桥梁设计过程中的特点,通过非线性水平弹簧单元对铅芯橡胶支座双向非线性的能力进行模拟,根据SAP2000科学选择强震观测地震波,并考量曲线桥梁本身存在的特性对桥梁振动特性产生的影响,针对隔震曲线桥梁在不同等级地震下振动特征进行模拟分析,其中,通过隔震曲线桥梁铅芯橡胶支座模型的构建和梁桥不同等级地震计算模型、输入地震波与传感器量测等步骤得到的模拟结果为:不同地震波与加速度峰值输入过程中,地震动较小下的支座水平刚度比较大,且结构相对稳定;地震幅值增大时,桥梁支座水平刚度减小,且支座的恢复力位移滞回变化曲线面积比较大,能够更多地将地震输入能量消散掉,减小能量不断向曲线桥梁上方传递的速度,可有效减轻地震反应,起到隔震的效果。     

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。     

曲线桥梁摩擦滑移隔震性能分析及试验研究

为探讨曲线桥梁的隔震性能,应用摩擦滑移隔震理论,研究了摩擦滑移隔震橡胶支座在两种典型工作状态下支座的受力、变形和位移关系,建立了摩擦滑移本构关系,推导并分析了摩擦滑移支座的计算方法和耗能机理。结合振动台试验,分析了不同场地类型地震波、不同等级加速度荷载对不同刚度桥墩的破坏规律及隔震效果的影响。研究表明,桥墩裂缝开展主要以弯曲裂缝为主,桥墩刚度对裂缝开展部位影响较大;支座以剪切破坏为主;强震作用下,主梁加速度响应与地震波类型基本无关,而与支座和主梁间的摩擦系数有关;随着荷载等级的增大,摩擦滑移隔震支座的隔震效率提高。     

高速铁路桥梁的隔震研究

以某高速铁路桥梁为工程背景,开展了高铁桥梁的隔震研究。针对该工程现已应用的摩擦摆支座的不足,研发了适用于高铁桥梁的四铅芯橡胶隔震支座,并与我国高速铁路常用的盆式橡胶支座进行了对比分析。采用ABAQUS软件对该工程中典型五跨简支高铁梁桥建立了三维精细化有限元分析模型,分析模型中摩擦摆式支座与四铅芯橡胶隔震支座均采用双线性来模拟,盆式橡胶支座采用水平刚度较大的线弹性模型,桥墩中混凝土和钢筋采用纤维模型。对比分析了高铁桥梁当分别采用摩擦摆式支座、四铅芯橡胶隔震支座与盆式橡胶支座时的地震响应。研究结果表明:采用的四铅芯橡胶隔震支座的高铁桥梁在大震下支座没有破坏且桥墩墩顶位移、墩底弯矩、墩底曲率均得到显著降低,能确保高铁桥梁在强震下的安全性。     

三维隔震连续梁桥近断层地震响应数值分析

以一座多跨连续梁桥为研究对象,根据水平和竖向预期隔震目标,计算确定了三维隔震支座相关力学参数。建立了三维隔震连续梁桥数值仿真模型,通过时程反应分析和数值仿真分析三维隔震多跨连续梁桥的地震反应,验证了三维隔震支座的水平和竖向隔震效果。研究结果表明,作者所提出的三维隔震支座具有适宜的水平和竖向隔震力学刚度和耗能能力。在近断层三维地震动作用下桥墩弯矩隔震效果达60%~70%,近断层脉冲型地震动会造成隔震支座过大的水平剪切变形,进而造成上部结构水平碰撞甚至支座剪切破坏。跨中竖向地震反应隔震效果达20%~40%,菱形钢板阻尼器的应用显著改善了组合碟形弹簧的竖向隔震效果。三维隔震技术是减轻桥梁结构多维地震动反应的有效途径之一,但脉冲型地震动作用可能会降低三维隔震支座的隔震效果,其影响程度和主要影响因素需进一步深入研究。     

隔震连续梁桥易损性分析中标准差的取值研究

目前,很多学者在进行结构地震易损性分析计算标准差时,采用按照HAZUS99直接取值的方法或直接对所研究对象进行具体计算的方法,但两种方法的易损性分析结果是否有差别,差别的大小如何,采用简便的直接取值法精度如何,是否适用于隔震桥梁等问题有待于深入研究。建立3个隔震连续梁桥模型,采用IDA分析方法进行非线性时程分析,通过回归分析得到地震动强度与桥梁构件地震需求的关系;通过弯矩-曲率分析和pushover分析确定墩柱的损伤指标——墩顶位移角;对桥梁墩柱、隔震支座及整体系统进行地震易损性分析来研究标准差的取值问题。结果表明:标准差的实际计算值与直接取值0.5的误差大部分超过10%;从构件的易损性曲线和隔震桥梁系统的易损性曲线来看,按照实际计算的方法和直接取值0.5的方法得到的结果误差相差也比较大,说明以PGA为地震动参数时,直接取0.5计算隔震连续梁桥相应的易损性是不合理的。     

非平稳地震激励下隔震曲线梁桥振动控制研究

曲线梁桥由于其平面不规则性导致结构在地震激励下产生弯扭耦合效应,使得隔震曲线梁桥的地震响应更加复杂。目前常用的控制方法是将隔震技术与附加减震装置相结合对曲线梁桥进行控制。本文将地震动考虑为一均匀调制非平稳随机过程,针对隔震曲线梁桥长周期、低频率的特点,选取Clough-Pension平稳地震动功率谱模型作为随机地震动输入模型,对无控(NON-C)、经典线性最优控制(COC)以及序列最优控制算法(SOC)三种状态下的曲线桥梁进行随机响应分析。通过建立曲线梁桥在随机地震动作用下的运动方程,求出减震控制结构的位移谱密度、加速度谱密度响应及时变方差。分析结果表明:序列最优控制算法(SOC)在使隔震层位移得到减小的同时,可以更有效地控制上部结构的地震响应,具有更好的控制效果。     

多维地震激励下某建筑结构隔震控制参数分析

研究了多维地震激励下具有不同隔震控制参数的结构的响应。运用SAP2000有限元软件,根据某个实际工程建立了有限元模型,并对结构进行了动力特性的分析。选取Ⅱ类场地上3条多维地震动,给出了隔震支座的有限元模拟过程。介绍了隔震支座基本参数的选取方法,根据选取的隔震支座,比较了结构有、无隔震支座时的周期。分别研究了多维地震动激励下结构有、无隔震支座的反应。研究结果表明:单维和多维地震激励下,结构的隔震响应不同,应该按照多维地震情况考虑;多维地震动的入射角对结构隔震响应的影响显著,不容忽视;多维地震动强度峰值比对结构隔震响应的影响很小,可以忽略不计。     

近场脉冲地震下间隙式SMA-NSD摩擦支座简支桥梁隔震研究

隔震技术在提高多跨桥梁抗震性能方面已有广泛应用,然而传统隔震支座在近场脉冲地震动作用下容易产生残余位移较大、底部剪力水平较高、以及限位能力不足等问题。目前尝试解决上述问题主要有2个途径：一方面利用形状记忆合金(shape memory alloy, SMA)的隔震支座能有效控制峰值位移和残余位移,但同时会增加结构的内力响应;另一方面,利用负刚度(negative stiffness device, NSD)的隔震支座可以有效减小结构的内力响应,但可能会引起较大的残余位移。基于太平洋地震研究中心数据库提供的28条近场脉冲波,充分评估了间隙式SMA隔震支座和NSD隔震支座应用于多跨简支桥梁在四水准(小震、中震、大震和巨震)作用下的隔震性能。在此基础上,结合SMA与NSD各自的优点,提出一种间隙式SMA-NSD摩擦隔震支座并分析了其隔震性能。研究结果表明,该支座可显著降低NSD支座引起的残余变形并同时有效控制SMA支座引起的底部剪力。