某城市天桥减隔震设计研究

本文通过对某城市天桥进行非线性动力分析,计算结果表明固定墩墩底弯矩远大于自由墩墩底弯矩,且固定墩墩底弯矩已经超越桥墩结构抗力。针对这一问题,为了使桥墩均匀地承受地震作用,提高结构抗震性能,本文采取了将固定墩的固定支座改为减隔震支座的设计方案,并对不同减隔震支座的屈服力和屈服前刚度进行了计算,分析了各工况下的地震响应,最后建议了选用支座的型号。     

某城市天桥减隔震设计研究

本文通过对某城市天桥进行非线性动力分析,计算结果表明固定墩墩底弯矩远大于自由墩墩底弯矩,且固定墩墩底弯矩已经超越桥墩结构抗力。针对这一问题,为了使桥墩均匀地承受地震作用,提高结构抗震性能,本文采取了将固定墩的固定支座改为减隔震支座的设计方案,并对不同减隔震支座的屈服力和屈服前刚度进行了计算,分析了各工况下的地震响应,最后建议了选用支座的型号。     

LRB支座选取及其对连续梁桥减隔震效果的影响

本文以桥梁上部结构自重等荷载引起的墩台处支座反力为考虑因素,通过选择合适的铅芯橡胶支座并进行了一系列的数值分析,使桥梁结构减隔震效果达到最佳。基于大型有限元软件Midas Civil建立某三跨连续梁桥,采用动力时程分析方法,初选了六组支座作为研究对象,以墩底内力、支座内力、支座滞回耗能特性、墩顶加速度、主梁观测点加速度等为主要考虑因素,对铅芯橡胶支座的减隔震效果进行了分析。结果表明,当选取桥台处LRB支座竖向承载力约为支座反力的1.12倍,桥墩处LRB支座竖向承载力约为支座反力的1.10倍,且所有LRB支座铅芯屈服力约为梁体自重的0.056倍时,减隔震效果最佳。     

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。     

双层桥支座布置对抗震性能的影响

双层桥上、下层桥面的支座如何布置及使用何种支座对其抗震性能有很大的影响。本文提出3种方案,并结合工程实例,采用地震非线性时程分析方法,对3种方案进行了对比分析。分析结果表明,上下层固定支座分开布置在两个桥墩上能够有效地减小固定墩所受的地震力;不设固定支座,全部采用活动盆式支座与弹塑性减震耗能装置并联,桥墩的内力大幅度降低,所有桥墩受力均匀,减隔震效果明显。     

剪力键对隔震桥梁地震反应的影响

减、隔震支座中增设剪力键,能提高桥梁的综合性能。为精确分析隔震桥梁的地震反应,建立了设置剪力键的减、隔震支座滞回模型,提出了剪力键的数值模拟方法。以某连续梁桥为背景,建立了全桥有限元分析模型,通过3种情况下桥梁地震反应分析结果的对比研究,验证了剪力键模拟方法的有效性。变化剪力键的水平承载力大小,分析了剪力键对减、隔震桥梁地震反应的影响。结果表明,剪力键对隔震桥梁的墩底弯矩有较大影响,隔震桥梁的地震反应分析时需考虑剪力键的影响。     

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。     

P-Δ效应对基础隔震结构地震响应影响研究

隔震支座在地震作用过程中水平变形时,会对上部结构附加由于隔震支座P-Δ效应造成的弯矩。国内,关于隔震支座的P-Δ效应对基础隔震结构地震响应具体影响相关的研究,相对较少。采用PERFROM-3D软件,建立上部结构弹塑性的基础隔震结构模型,进行了考虑与不考虑隔震支座P-Δ效应的计算分析,对比了层剪力系数、层间位移、层倾覆弯矩、加速度等地震响应。结果表明:隔震支座的P-Δ效应对基础隔震结构的底层层间位移响应及上部结构柱底转角位移造成一定影响,其它地震响应基本无差异。     

近断层地震动下设置BRB的双向减隔震桥梁地震反应

在近断层地震动下桥梁结构将发生较大反应,减隔震设计是减轻地震损伤的重要手段。提出了在桥梁双柱墩横桥向设置防屈曲支撑(BRB),在纵桥向设置铅芯橡胶支座(LRB)的双向减隔震体系。利用Midas Civil软件建立3种不同减隔震方式的桥梁结构模型:LRB仅单向,LRB双向与LRB联合BRB,运用非线性时程分析方法计算了桥墩反应(墩顶侧移角、残余位移角和曲率延性)、LRB支座变形和BRB的耗能特性等。结果表明:在近断层地震动输入下联合设置LRB和BRB的双向减隔震桥梁减震效果明显,相比其它2种方式,能有效降低墩柱的塑性变形及起到保护桥墩的作用。在横桥向,桥墩最大侧移角、残余位移角和最大曲率延性系数都显著降低。     

一种墩底隔震高架桥梁结构体系

基于可快速修复的理念,提出一种墩底隔震的城市高架桥梁结构体系。探讨了新型结构体系的设计原则、施工难点和独特的抗震构造措施。以某高架桥为实例,将新型体系和传统的墩顶隔震体系进行对比研究。结果表明:与墩顶隔震体系相比,新型体系的支座位移和桥墩最大弯矩基本相同,但是对桩基的抗震要求有很大程度的降低;新型体系的整体性更好。     

斜腿夹角对V形墩连续刚构桥地震响应的影响研究

为研究斜腿夹角对V形墩连续刚构桥地震响应的影响及合理斜腿夹角角度,以一座典型V形墩预应力混凝土连续刚构桥为研究对象,采用有限元分析方法研究了斜腿夹角θ对桥梁内力及位移的影响,得出了θ对结构地震响应的影响规律和变化曲线。研究结果表明:随着斜腿夹角的增加,在纵向地震力作用下,墩底纵向弯矩逐渐减小,墩顶和主梁墩顶支撑处纵向弯矩逐渐增大;在横向地震力作用下,跨中横向弯矩逐渐减小,墩底横向弯矩逐渐增大,墩顶横向弯矩基本不变;在竖向地震力作用下,墩底和墩顶竖向弯矩逐渐增大,主梁支撑处竖向弯矩逐渐减小;斜腿夹角对纵向或横向地震力作用下结构位移影响不大,对竖向地震力作用下的位移影响较大。在满足静力设计的前提下,当两斜腿夹角为90°时,结构地震响应相对较小,受力合理性最优。研究成果可为该类桥梁的抗震设计与斜腿夹角角度选取提供参考和依据。     

地震作用下高烈度区连续刚构桥参数敏感性分析

大跨连续刚构桥的参数变化对其地震响应影响较大,为了进一步研究地震作用下刚构桥各参数变化对桥梁内力的影响,以一连续刚构桥为例,采用正交数值试验的方法,以主梁跨中横桥向弯矩、墩顶顺桥向弯矩、墩底顺桥向弯矩及墩底横桥向弯矩为考核指标,分析地震作用下结构参数(边中跨比、梁底幂次、墩高比)的变化对桥梁内力的影响规律及其参数敏感性。研究结果表明:对于跨中横桥向弯矩,墩高比对其影响较大,墩高比的增加可使弯矩值最大增加28%;对于墩顶顺桥向弯矩、墩底顺桥向弯矩以及墩底横桥向弯矩,边中跨比对其影响较大,边中跨比的增加可使弯矩值最大分别增加51%、55%和52%。高烈度区的桥梁设计应重视边中跨比及墩高比的选择。     

多维地震下考虑桩-土相互作用的曲线桥地震响应分析

为研究曲线桥梁在多维地震激励下考虑桩-土动力相互作用的地震响应特性,本文建立了空间桩-土脱离、摩阻和土体压缩非线性理论分析模型。为简化计算将该非线性弹簧模型进行线性化处理,结合有限元ANSYS分析平台建立了黄土场地的曲线桥仿真分析模型,对考虑桩-土相互作用的曲线桥进行了多维多工况数值分析,对比研究了曲线主梁跨中弯矩、墩底剪力和弯矩及桥墩顶位移的地震响应。结果表明:考虑桩-土相互作用的曲线桥梁主梁跨中内力与地震波输入方向密切相关,三维地震作用下主梁内力最大;各工况地震荷载作用下桥墩底部径向剪力响应比切向剪力响应大很多,而桥墩径向弯矩比切向弯矩略小;同一工况下不同桥墩顶切向位移响应大小相当,而径向位移差异较大。在进行非规则曲线桥梁抗震设计时,应充分考虑多维和单维地震激励输入工况。     

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。     

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。     

海底地震动作用下近海桥梁地震响应研究

以某近海大桥引桥段连续梁桥为工程背景,建立考虑海底地震动特性和腐蚀效应的近海桥梁地震反应分析模型。采用增量动力分析方法分析腐蚀效应以及海底地震动作用对近海桥梁地震响应的影响。研究结果表明:腐蚀效应与海底地震动作用都会不同程度影响近海桥梁结构的抗震性能。其中:腐蚀效应会增大近海桥梁的破坏指标,降低最大墩底剪力和弯矩值,从而降低桥梁的抗震性能;海底地震动作用会增大近海桥梁的破坏指标及最大墩底剪力、弯矩值;在2种因素耦合作用下,桥梁的抗震性能将会进一步降低。     

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。     

Dynamic performance analysis of a seismically isolated bridge under braking force

In order to study the dynamic performance of seismically isolated bridges under the most unfavorable loads in the longitudinal direction,a dynamic equation for vehicle braking in the longitudinal direction is established.A four or fiveorder Runge-Kutta method is adopted to obtain the time-history response of a wheel set under braking force.The quadratic discretization method is then used to transform this time-history into a braking and bending force time-history of a structural fixed node,and a dynamic response analysis of the seismically isolated bridge under the vehicle’s braking force is carried out using ANSYS,a universal finite element analysis software.According to the results,seismic isolation design results in a more rational distribution of braking force among piers;the influence of the initial braking velocity on the vehicle braking force is negligible;the location where the first wheel set leaves the bridge is the most unfavorable parking location;a seismic isolation bridge bearing constructed according to typical design methods enters into a yield stage under the braking force, while the shearing force at the bottom of the pier declines as the isolation period is extended;the design requirements can be met when the yield displacement of the seismic isolation bearing is less than 5 mm and the yield strength is greater than the braking force.     

无缝桥抗震性能的对比研究

本文以一座三跨总长60 m的整体桥为案例桥,分别试设计了同跨径的半整体桥、延伸桥面板桥和常规连续梁桥。通过Midas/Civil软件建立四种桥型的有限元模型,并对其进行了E1和E2反应谱分析和时程分析,对比了四种桥型的结构反应峰值（墩顶位移、桥墩及桩基剪力与弯矩、台底位移、桥台桩基剪力与弯矩）。计算结果表明:当桥梁存在15°的斜交角,整体桥、半整体桥在地震动沿平行于桥台长边方向及其垂直方向输入时更不利,而延伸桥面板桥和常规连续梁桥在地震动沿顺桥向和横桥向输入时更不利。四种桥型在地震作用下:整体桥抗震性能最优异,但其台底位移、桥台桩基的剪力和弯矩最大;半整体桥台底位移、桥台桩基的剪力和弯矩最小,其墩顶位移、桥墩及桩基的剪力和弯矩仅比整体桥大;延伸桥面板桥和常规连续梁桥的墩-梁相对位移远大于整体桥和半整体桥,不适用于地震基本烈度高的区域。     

Experimental investigation on seismic behavior of scoured bridge pier with pile foundation

This study investigated the seismic performance and soil‐structure interaction of a scoured bridge models with pile foundation by shaking table tests using a biaxial laminar shear box. The bridge pier model with pile foundation comprised a lumped mass representing the superstructure, a steel pier, and a footing supported by a single aluminum pile within dry silica sand. End of the pile was fixed at the bottom of the shear box to simulate the scenario that the pile was embedded in a firm stratum of rock. The bridge pier model was subjected to one‐directional shakes, including white noise and earthquake records. The performance of the bridge pier model with pile foundation was discussed for different scoured conditions. It is found that the moment demand of pile increases with the increase of scoured depth whereas the moment demand of the bridge pier decreases, and this transition may induce the bridge failure mechanism transform from pier to pile. The seismic demand on scoured pile foundations may be underestimated and misinterpreted to a certain degree. When evaluating the system damping ratio with SSI, the system response may not be significantly changed even if the soil viscous damping contribution is varied. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.