基于纤维梁柱单元的桥梁墩柱地震反应模拟方法研究

为讨论利用纤维梁柱单元进行钢筋混凝土桥墩地震反应分析的建模方法,分别以4个悬臂式单柱墩和1个双柱墩拟静力加载试验,以及1个悬臂式单柱墩的振动台试验结果为依据,基于OpenSees数值分析平台建立了桥墩的地震反应分析模型。通过改变单元数量,分析了基于力的纤维梁柱单元和基于位移的纤维梁柱单元对桥墩地震反应的模拟精度。结果表明:对悬臂式单柱墩的拟静力和振动台试验,可沿墩高仅建立1个基于力的纤维梁柱单元,并在墩底串联1个考虑纵筋塑性渗透和粘结滑移的转动弹簧单元,即可获得很好的模拟结果。当采用基于位移的纤维梁柱单元时,应沿墩高至少建立2个单元,且塑性铰区至少有1个,才能保证获得较高的模拟精度。对双柱墩拟静力试验,采用基于力的纤维梁柱单元建模,沿每个墩高建立2个单元即可;以基于位移的纤维梁柱单元建模,建议沿每个墩高建立3个单元,且其中2个单元布置在塑性铰区。当数值模型可对静力滞回曲线取得很好的模拟结果后,该模型一般可对动力作用下墩顶最大位移和墩底最大剪力进行较为准确的模拟,但对墩顶残余位移的模拟精度无法保证。     

T形刚构桥桥墩参数对车-桥动力响应影响研究

为研究T形刚构桥桥墩参数对车-桥动力响应的影响，以某高速铁路（77m+144m+77m）T形双薄壁连续刚构桥为研究对象，基于刚柔耦合理论，采用多体动力学和有限元联合仿真技术，建立考虑桩土效应的列车-桥梁动力相互作用模型，计算分析T形刚构桥墩宽度、厚度及混凝土强度等级变化对车-桥耦合系统的动力响应影响。结果表明:T形刚构桥墩宽度、厚度及混凝土强度等级的改变，对桥上车辆系统的安全性指标、舒适性指标影响较小；T形刚构桥墩参数改变，对桥梁系统横向位移、垂向加速度、横向加速度影响较小，而对垂向位移影响较大，但变化幅值均在高速铁路设计规范要求的范围内；在其他条件参数不变的情况下，可通过将桥墩宽度降低到设计宽度的75%—80%，或厚度降低到设计厚度的80%—85%，或桥墩混凝土强度等级降低为C35—C40对该高速铁路T形双薄壁连续刚构桥进行优化设计。     

基于位移设计的钢筋混凝土桥墩抗震性能试验研究(Ⅱ):振动台试验

通过模型振动台试验研究了基于位移设计的钢筋混凝土桥墩的抗震性能。以完成的拟静力试验中的桥墩试件为参考原型,利用基于位移抗震设计方法和现行桥梁抗震规范方法设计了4根1:2的钢筋混凝土桥墩试件并进行了模型振动台试验。对小震、中震和大震作用下桥墩试件的破坏形态、加速度和位移反应、位移延性系数和地震总输入能(耗能)等方面进行了比较分析。综合拟静力试验和振动台试验结果,可以认为基于位移设计的钢筋混凝土桥墩能够达到预期的延性抗震要求。     

UHPC墩周连接装配式桥墩抗震性能研究

为改善预制装配式桥墩的抗震性能和施工容错能力,提出一种装配式桥墩新型连接方式:超高性能混凝土(Ultra-High-Performance Concrete,UHPC)墩周连接。设计并制作1个现浇桥墩试件和1个UHPC墩周连接装配式桥墩试件,对两个试件进行拟静力试验;建立UHPC墩周连接装配式桥墩试件的三维实体非线性有限元模型,对比研究新型装配式桥墩的抗震性能及其影响因素。结果表明:UHPC墩周连接装配式桥墩与整体现浇桥墩表现出相似的抗侧力性能和自复位能力,二者的抗震性能基本等同。对比分析非线性有限元模型与实际桥墩试件的滞回曲线,二者拟合程度较高,验证了建模方法的可靠性和模拟结果的准确性。UHPC连接段高度对该装配式桥墩抗震性能的影响不大,保证钢筋搭接长度即可。轴压比、立柱高度和搭接钢筋配筋率对该装配式桥墩抗震性能的影响较为明显:在轴压比为0.1~0.3时,试件刚度和水平承载力随轴压比的增大而增大,残余位移随轴压比的增大而减小;立柱高度由2.0 m提高至2.5 m时,高度越大该装配式桥墩的水平承载能力和累积滞回耗能越小;湿接缝处搭接钢筋配筋率由1.01%增至1.57%时,该装配式桥墩的水平承载能力和残余位移相比原配筋试件性能有较明显的提升。     

钢筋混凝土圆截面桥墩抗震加固方式对比分析

为研究不同加固方式对钢筋混凝土(RC)圆截面桥墩抗震性能的影响,利用OpenSees有限元软件建立了普通RC桥墩以及分别采用钢套管、碳纤维增强聚合物(CFRP)、体外预应力筋进行加固的桥墩数值分析模型,对模型输入远断层地震动,进行增量动力分析。以墩顶峰值位移角与震后残余位移角为指标,对比分析了桥墩加固前后的地震响应。结果表明:采用钢套管、体外预应力筋和CFRP加固后,RC桥墩的峰值位移与震后残余位移均减小,钢套管加固方式对桥墩峰值位移的降低幅度最大,体外预应力筋加固方式对抑制桥墩震后残余位移的效果最好;随着剪跨比的增大,3种加固方式对桥墩在地震动作用下位移响应的抑制作用均逐步减小;随着轴压比的增大,3种加固方式对RC桥墩峰值位移的抑制作用逐步降低。     

限制位移桥墩的连续刚构桥抗震性能研究

沿着摇摆桥墩的概念提出一种限制位移桥墩连续刚构桥体系。该体系通过对连续刚构桥墩底和承台之间采取一定措施,使桥梁在地震发生时能够在限制的位移量内活动,减小输入到桥梁结构中的能量,达到减震的目的。通过对一座铁路连续刚构桥的分析,发现这种限制位移桥墩连续刚构桥体系能大幅减小桥墩的延性和强度地震需求,减震效果明显,在选择合适的限制位移量的情况下,可保证桥墩在高烈度罕遇地震作用下几乎保持弹性工作状态,震后经简单处理即可保证使用功能,为震后救援工作带来极大便利,也大大减少了修复成本。     

钢—混凝土组合连续刚构桥墩梁连接节点抗震性能比较研究

钢-混凝土组合连续刚构桥的关键在于墩梁连接节点,设计了双层钢箱混凝土、钢筋混凝土和钢管混凝土等3种不同类型墩柱的连接节点构造形式。基于OpenSees平台建立了墩柱截面纤维有限元模型,并利用双层钢箱混凝土墩柱拟静力试验结果验证了数值模型的有效性,进而基于纤维有限元模型对3种不同类型墩柱节点进行了非线性滞回性能计算分析。结果表明:纤维模型能够模拟拟静力作用下组合连续刚构桥墩梁连接的滞回性能,双层钢箱混凝土墩柱与钢箱-混凝土组合梁连接节点的整体抗震性能要优于钢筋混凝土墩柱和实心钢管混凝土墩柱与钢箱-混凝土组合梁的连接节点,建议的刚性节点构造合理和传力路径明确,可为钢-混凝土组合连续刚构桥设计提供参考。     

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。     

BRB在双柱式桥墩抗震体系中的工作机理分析

以设置防屈曲支撑(Buckling-Restrained Braces,BRB)的双柱式桥墩体系为研究对象,系统分析上部结构惯性力在该体系中的传递机理;以某3×30m公路高架桥为工程背景,采用非线性时程反应分析法研究BRB的设置方式及参数取值对桥梁地震反应的影响规律,揭示BRB在双柱式桥墩中的工作机理。其研究结论为:(1)对于设置BRB的双柱式桥墩,当BRB未屈服时,通过其轴向刚度改变结构体系的传力路径,墩底弯矩、剪力降低,但墩底轴力改变量将增大,即以较大的墩身轴力改变量换取较小的墩底弯矩及剪力。(2)在BRB屈服的情况下,BRB通过改变下部结构的传力路径及滞回耗能双重机制影响结构的地震反应,BRB耗能作用将降低墩身的轴力改变量,使减震效果更优。(3)双柱式桥墩横桥向设置BRB是一种较为有效的减震体系,但其减震效果与BRB具体布置方式及力学参数取值有关。     

基于纤维模型的高墩连续刚构桥地震行波效应分析

本文基于在MSC.Marc中加入纤维模型编制的THUFIBER程序的基础上,分别采用纤维模型和三维实体单元模型模拟桥墩和上部结构,建立高墩大跨连续刚构桥有限元模型。同时,采用2008年汶川地震波,分析了行波效应对四川某高墩大跨连续刚构桥非线性地震反应的影响。结果表明：行波效应对高墩桥的墩顶位移和墩底剪力影响较大,墩顶位移减小了20%—50%;而墩底剪力增大了20%—30%。     

高承台下自由桩长对双薄壁墩连续刚构桥地震响应的影响

为探究高承台下自由桩长对双薄壁墩连续刚构桥地震响应的影响,基于OpenSees程序建立了实桥有限元模型并进行弹塑性时程分析,通过对比不同自由桩长模型的时程曲线、峰值响应及滞回特性,分析了自由桩长对桥梁地震响应的影响.结果表明:自由桩长增加会减小桥梁刚度;地震作用下,随自由桩长增加,主梁、支座及自由桩顶的水平位移增大,且...     

考虑流固强耦合效应的深水桥墩地震反应分析

基于任意拉格朗日-欧拉（Aribitrary Lagrange-Euler,ALE）描述的Navier-Stokes方程,建立了考虑流固强耦合效应（Fluid-structure interaction,FSI）的深水桥墩地震反应分析整体有限元模型,分析了流固强耦合效应对桥墩墩身相对位移、剪力和弯矩反应的影响,讨论了不同水位下的流固耦合效应及其影响。算例结果表明：流固强耦合效应将使墩身位移和内力反应明显增大,增大幅度与输入地震波的频谱特性存在相关性;输入地震波的位移峰值越大,流固耦合效应对位移反应的影响越大,对内力反应的影响越小;水位对深水桥墩内力反应的影响较对位移的影响显著。     

强震作用下超高桥墩动力稳定性理论研究

根据平截面假定,考虑超高桥墩大位移变形产生的几何非线性影响,建立超高桥墩的振动控制微分方程,利用变步长的龙格-库塔法进行求解,结合B-R运动判定准则,对超高桥墩在地震作用下的动力失稳机理进行研究。理论分析表明,超高桥墩的动力失稳与桥墩的几何尺寸、质量分布、边界条件有密切关系;桥墩动力失稳时刻随地震波加速度峰值的增大而减小;失稳时刻与失稳加速度荷载有对应关系。算例结果表明:本文方法正确,利用本文理论能够准确计算超高桥墩的失稳时刻及失稳加速度,对超高桥墩动力失稳的理论分析及工程实践有重要指导意义。     

考虑基础提离与塑性的桥墩地震反应

浅平基桥墩在承受强震作用时,其基础与地基之间会发生提离,地基土会进入塑性状态.精确模拟上述两个问题是非常困难的.本文分析中地基采用了能考虑基础提离及地基塑性的弹塑性Winkler地基模型,采用1940年El Centro(NS)地震记录作为输入,对三个不同高度的双柱式浅平基桥墩进行了非线性时程分析.研究结果表明,基础提离和地基塑性对双柱式桥墩的地震反应有很大影响.考虑地基非线性后,墩顶位移增大,剪力减小,对保护桥墩减小震害是有利的.     

基于干接缝单元的预制拼装桥墩抗震性能数值模拟

为克服利用OpenSEES进行预制拼装桥墩纤维模型分析时干接缝区域模拟困难的问题,提出一种由刚性单元、非线性梁柱单元、零长度单元配合ENT单压材料组成的干接缝单元。通过基于干接缝单元的纤维模型数值模拟结果与文献中的1:3.5缩尺桥墩拟静力试验结果对比发现:该干接缝单元不仅解决了墩身混凝土压溃带来的模型不收敛问题,而且考虑了墩身节段宽度对干接缝区域的影响,使预制拼装桥墩干接缝处的力学性能更接近实际的力学性能;数值模拟结果与试验结果吻合较好证明了该干接缝单元用于模拟预制拼装桥墩干接缝区域的可行性。在此基础上设置耗能钢筋、外包钢管和墩底橡胶支承垫层作为桥墩附加耗能装置,对预制拼装桥墩进行拟静力循环加载模拟,研究不同耗能装置对预制拼装桥墩的滞回能力、预应力筋内力、累积耗能、残余位移以及等效刚度等性能参数的影响。结果表明:设置耗能钢筋和外包钢管可以显著提高预制拼装桥墩的耗能能力、水平承载力和刚度,降低预应力损失;设置墩底橡胶支承垫层也能提高预制拼装桥墩的耗能能力,但会降低桥墩的水平承载力和刚度,应根据桥墩自身刚度谨慎选择橡胶垫层的刚度。     

温度对铅芯橡胶支座隔震桥梁抗震性能的影响分析

为了研究温度对铅芯橡胶支座（LRB）隔震桥梁抗震性能的影响,以一座七跨连续梁桥为对象,考虑LRB在夏季和冬季不同温度下的力学特性,利用OpenSees对桥梁抗震性能进行研究。通过对不同温度下墩柱、支座及桥梁系统的地震易损性分析,获得了温度对铅芯橡胶支座隔震桥梁抗震性能的影响。结果表明:（1）与夏季相比,冬季低温降低了桥墩的延性及LRB的剪切变形和耗能能力,使地震作用时墩顶位移和支座变形均小于夏季,降低了LRB的减震效果;（2）冬季低温增大了地震作用时桥墩、LRB及桥梁系统在各个破坏状态的损伤概率,在中等及严重破坏状态时损伤概率相比夏季分别增加了8%和15%。在寒冷地区进行LRB隔震桥梁设计时,应考虑低温导致的LRB隔震效果降低对桥梁抗震性能的影响。     

基于地震易损性分析的平塘特大桥关键构件破坏顺序研究

为探究山区超高墩三塔大跨斜拉桥在地震作用下各关键构件（桥塔、支座、基础和桥墩）的破坏顺序,以在建的贵州平塘特大桥为工程依托,首先基于OPEENSEES软件建立空间有限元模型,然后基于概率理论建立斜拉桥地震易损性模型,最后以混凝土应变和支座相对位移为易损性指标进行增量动力分析,得到各构件易损性曲线,并基于各构件的易损性曲线对此类桥型的构件破坏顺序进行分析。研究表明：横向地震对该斜拉桥造成的破坏程度要大于纵向地震;在纵向地震作用下桥梁结构最易发生破坏的是中塔支座和边塔基础,在横向地震作用下桥梁结构最易发生破坏的是边塔支座和过渡墩基础。     

基于随机森林的中小跨径公路梁桥双柱墩地震易损性模型

为准确建立线路中小跨径梁桥桥墩的地震易损性模型,采用统计工具得到某山区高速公路桥梁双柱墩的结构、几何和材料特性的概率分布,由拉丁超立方体抽样生成桥墩属性数据集,建立了参数化的有限元模型.通过Pushover分析和基于非弹性需求谱的能力谱方法获取双柱墩的地震需求和抗震性能数据点,提出由随机森林(RF)模型建立桥墩地震易损...     

斜交连续刚构桥桥墩地震易损性分析

以美国西部地区某斜交公路连续刚构桥为研究对象，研究其不等高墩易损性差异以及斜交角的改变对桥墩地震易损性的影响。考虑桥梁结构参数和地震动的不确定性，选取100条地震动，沿纵桥向输入，生成"结构-地震动"样本库，以地震动峰值加速度（PGA）为强度指标（IM），利用OpenSees软件对结构进行非线性时程分析得到桥墩动力响应，而后以桥墩曲率延性比衡量桥梁破坏状态，在确定桥墩损伤指标的基础上，采用可靠度理论得到各桥墩的地震易损性曲线，判断桥墩的损伤模式、损伤特点。在此基础上，改变桥梁斜交角度进行易损性分析，得到斜交角变化对桥墩地震易损性的影响。研究表明：该桥最矮墩发生损伤的概率大于其他桥墩，桥墩最先进入塑性的是墩顶和墩底区域；不同斜交角对桥墩的地震响应影响显著，各墩损伤破坏排序与斜交桥结构构造特点有关，同一排架墩的两侧墩柱易损性呈现与角度变化趋势相反的排列，损伤越严重，趋势越明显；对于此不等高的斜交刚构桥，最矮墩为其抗震薄弱环节，斜交角越大，越应该关注钝角处矮墩的损伤情况，并提高其设计标准，在进行斜交刚构桥抗震设计中应予以重视。     

强震作用下桥台对斜交连续梁桥抗震性能的影响研究

为研究强地震作用下,桥台及台后土体对斜交连续梁桥抗震作用的影响。以一座三跨连续斜交箱梁桥为依托,应用sap2000建立不同斜度的模型,针对有、无桥台两种工况,采用非线性时程分析方法,研究了纵向不同地震动强度输入下,桥台及台后土体作用对不同斜度的连续梁桥主梁和桥墩位移的影响规律,并对桥墩的延性性能进行分析。研究结果表明:桥台及台后土体的存在会抑制主梁的纵向位移,大大增加主梁梁端的横向位移,地震动幅值越大,这种作用越明显;桥台及台后土体作用会减小墩顶纵向位移和墩底纵向弯矩,降低桥墩纵向位移延性需求,提高桥墩纵向安全性,斜交角越大,该影响效果越小;桥台作用对桥墩的横向反应几乎无影响。建议在桥梁抗震设计时应考虑桥台以及台后土体的作用,并针对不同斜度的连续梁桥采取相应的抗震措施,以提高其抗震性能。