爬移状态对服役曲线梁桥抗震性能影响分析

服役曲线梁桥常存在爬移病害。为探讨爬移病害程度对曲线梁桥抗震性能的影响规律,通过总结服役曲线梁桥爬移病害,确定以不同梁端爬移位移量作为描述服役曲线梁桥爬移状态的对比分析工况,并以一座三跨预应力混凝土曲线梁桥为例,采用MIDAS Civil建立有限元模型,考虑桩-土相互作用、双向碰撞效应及材料非线性,分析曲线梁桥支座及桥墩等主要受力构件地震响应规律,探讨爬移状态对服役曲线梁桥抗震性能影响。研究结果表明：主梁的爬移病害对桥梁的抗震性能会产生不利影响,会导致支座位移的增长,增加支座破坏的风险,从而增加桥梁上部结构碰撞效应及落梁风险;随着爬移位移的增加,桥墩的损伤状态可能由爬移前的无损伤转变为考虑爬移后的严重损伤状态。因此,在进行服役曲线梁桥抗震性能评估时应量化其爬移状态,并采用合理的措施对主梁的爬移进行限制。     

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...     

MPA方法在不同高度桥墩地震响应分析中的适用性研究

桥梁通常是线路中的控制工程,其抗震性能显得尤为重要。作为梁桥重要组成部分的桥墩,往往是地震作用下容易受到损伤的构件。结合西部山区梁桥的典型桥墩结构形式,基于纤维模型的有限元方法建立桥墩的非线性数值分析模型。采用MPA方法对不同高度桥墩的地震响应进行分析,以非线性时程分析方法的计算结果为基准研究MPA方法的适用性。计算表明MPA方法在分析高阶模态参与程度较高的高墩构件时适用性较差。     

基于能量分析的地震损伤性能评估

结合能量分析法和文献[1]提出的钢筋混凝土框架结构“三水准”地震损伤性能目标,采用改进的双参数线性组合地震损伤模型,本文提出了基于能量分析的地震损伤性能评估方法;通过算例说明了本文提出的抗震性能评估方法不仅能够准确地分析结构在大震作用下的地震损伤性能,而且思路简洁、计算方便、可用于结构抗震性能评估;另外,本文提出的地震损伤模型具有较强的灵活性,可适用于不同钢筋混凝土构件和结构的抗震性能评估。     

装配式钢混组合结构加固时抗震性能模糊综合评估模型研究

参数化的装配式钢混组合结构建筑信息模型缺少结构信息描述,无法实现装配式钢混组合结构图档的修正和自主更新,对结构构件的损伤评估效果差,抗震加固性能差。据此提出用于装配式钢混组合结构抗震加固的建筑信息模型,模型框架包括建筑设计模型、结构设计模型、结构抗震加固设计和损伤评估;通过结构构件的实体定义、属性定义和关联性定义,全面描述柱、梁、板和墙等钢混组合结构构件的抗震加固性能信息;采用模糊加固评估方法获取精准的结构构建综合损伤指数,评估结构构件的加固等级,提高抗震加固性能。经实验证明,所设计模型得到的结构损伤指数与实际损伤指数的误差低于0.03,说明该模型分析装配式钢混组合结构抗震加固性能准确性较高。     

维修加固桥梁的抗震韧性评价方法

以《公路桥梁技术状况评定标准》(JTG/T H21—2011)中的跨中挠度限度为损伤指标来进行主梁的易损性分析,提出了一种针对维修加固桥梁的抗震韧性评价方法。以一座在多年运营发生破坏后进行过主梁维修加固的五跨连续梁桥为例,采用有限元建模和模型修正的方法,利用增量动力分析,研究了维修加固前后桥梁的主梁构件在不同强度地震作用下易损性的变化;利用经验统计方法探讨了既有桥梁弹性模量与跨中挠度的关系,提出了基于跨中挠度的功能损失函数;结合案例桥梁具体维修加固工法,初步建立了恢复函数曲线,计算了维修加固前后桥梁的抗震韧性指标。分析结果表明:针对维修加固桥梁,利用跨中挠度作为损伤指标进行抗震韧性评估是可行的,从易损性曲线可以得到维修加固对于抗震性能的提升是较为明显的;维修加固对于韧性提升是随着破坏等级的提升递减的,对轻微破坏较为明显,至结构失效时则差异较小。     

高强混凝土剪力墙地震损伤模型分析

在分析比较现有钢筋混凝土结构的地震损伤模型的基础上,根据高强混凝土剪力墙的滞回曲线特性及刚度退化规律,采用能量耗散系数和最大变位处的卸载刚度的退化为破坏参数,提出了适用于高强混凝土剪力墙构件的双参数地震损伤模型。依据已有的高强混凝土剪力墙构件试验研究结果,对损伤模型进行非线性回归分析,确定了相应的地震损伤模型参数,提出了高强混凝土剪力墙各性能水平的损伤指数以及相应于三水准抗震设防的损伤指数允许值。分析结果表明,按本文所提出的损伤模型计算得到的剪力墙构件最终破坏时对应的损伤指数,其平均值在合理范围内,标准差较小;损伤指数计算值对应的损伤程度基本符合试验结果,计算结果离散程度较低。     

基于应变能耗储的钢筋混凝土框架结构地震损伤演化研究

结构地震损伤破坏,本质上是地震动输入能量超出结构或构件耗能能力所致。“能量”参数能够综合反映地震动强度、频谱特性以及强震持时对结构破坏的影响,本文基于能量耗散原理建立结构损伤模型,采用有限元软件ABAQUS对3榀单层单跨钢筋混凝土平面框架结构抗震性能进行数值模拟,通过损伤指数量化研究了地震作用下钢筋混凝土框架结构的损伤演化规律。研究表明:基于应变能耗储的结构损伤模型,能够合理有效地反映“位移首超破坏”与“累积损伤破坏”模式,且上、下界收敛;模拟分析得到的滞回曲线和骨架曲线与试验数据吻合较好,数值建模方法适用于以梁、柱构件为主的框架结构抗震性能分析;耗能构件框架梁能够对结构损伤破坏发展和抗震性能劣化起到一定延缓作用,承力构件框架柱的损伤加剧会加速结构抗震性能的劣化;加载幅值较小时,结构依靠混凝土裂缝闭合摩擦消耗能量,“位移首超破坏”所致损伤所占比例较大,随着位移幅值及循环次数的增加,“累积损伤破坏”所致损伤所占比例逐渐增大。     

既有钢筋混凝土框架结构的多指标云模型地震损伤评估

目前的既有钢混结构地震损伤研究没有同时考虑不同抗震设计规范差异和耐久性两个因素对结构抗震性能的影响,且损伤指标较简单,在动力损伤分析中也存在局限。基于云模型的特点,提出了包括弹塑性耗能差率、刚度损伤指数、层间位移角和顶点位移角的多元结构损伤状态综合评估方法,能够同时考虑结构各损伤指数的随机性和模糊性。考虑不同版本抗震设计规范造成的结构性能差异和耐久性下降对结构性能的影响,设计3个典型五层钢混框架结构,进行增量动力分析,验证损伤评估方法的准确性。结果表明：随着抗震规范版本的更新,结构的损伤程度有适当减轻;同一结构的损伤程度因混凝土碳化作用先减轻后加重;采用弹塑性耗能差率表征既有结构的地震损伤效果优于刚度损伤指数;基于多指标云模型损伤评估方法获得的云模型综合隶属度和综合损伤值能够更加细化和精确地描述结构损伤状态。     

钢筋混凝土框架结构构件地震损伤评估

震后灾区工程结构进行的安全评估以确定其损伤程度,对救援行动及震后建筑加固都具有十分重要的意义。选用改进的Park-Ang损伤模型,以开源有限元程序Open SEES为平台,建立一栋6层框架结构的数值模型并进行非线性时程分析,通过计算和分析各构件的损伤指数,发现并确定结构的薄弱构件及薄弱层,可以为结构的抗震设计提供一定的指导。     

Seismic damage of highway bridges during the 2008 Wenchuan earthquake

Many highway bridges were severely damaged or completely collapsed during the 2008 Wenchuan earthquake.A field investigation was carried out in the strongly affected areas and over 320 bridges were examined. Damage to some representative highway bridges is briefly described and a preliminary analysis of the probable causes of the damage is presented in this paper. The most common damage included shear-flexural failure of the pier columns, expansion joint failure, shear key failure, and girder sliding in the transversal or longitudinal directions due to weak connections between girder and bearings. Lessons learned from this earthquake are described and recommendations related to the design of curved and skewed bridges, design of bearings and devices to prevent girder collapse, and ductility of bridge piers are presented.Suggestions for future seismic design and retrofitting techniques for bridges in moderate to severe earthquake areas are also proposed.     

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。     

玛多地震中大野马岭大桥震害机理分析

2021年5月22日青海玛多发生了M_s7.4级地震,从地震中桥梁震害情况看:此次地震的特点是断层北侧震害轻,南侧震害重。位于断层南侧的野马滩大桥是简支梁桥,发生大量落梁,是此次地震中受损最为严重的大桥之一;而位于北侧的大野马岭大桥是连续梁桥,仅发生了部分挡块开裂。其中原因值得深入研究。本文通过有限元分析软件Midas/Civil建立大野马岭大桥（上行线）模型,进行地震反应分析,讨论分析了大野马岭大桥在此次地震中的震害机理。发现南北向的地震动是造成该桥横向挡块破坏的主要原因,东西向地震动因受到桥台和纵向挡块的约束并没有出现严重损伤。若将该桥由连续梁桥变成简支梁桥,地震反应会有所变化,但总体趋势特点变化并不大。另外,本文通过现有资料选定5组地震动作为输入,进行地震反应分析,比较分析不同地震动对该桥的影响,并验证地震动模拟效果。     

地震作用下曲线梁桥结构响应及敏感性分析

为研究不同设计参数对曲线梁桥地震响应的影响以指导结构抗震设计,对不同支承约束曲线梁桥地震响应及地震需求敏感性进行分析。采用增量动力分析（IDA）方法对比分析了不同支承约束曲线梁桥的结构地震响应变化趋势;采用Tornado图形法对不同结构参数影响程度进行了排序,找出了对结构地震需求影响显著的参数。结果表明:采用板式橡胶支座桥梁因支座易发生滑移而导致上部结构位移较大,但降低了下部结构响应,设置固定墩后,下部结构损伤显著增加;对于采用板式橡胶支座和铅芯橡胶支座的曲线梁桥,墩高及跨径对墩底曲率需求影响较大,而对于固定墩为墩梁固结形式和采用盆式橡胶支座的曲线梁桥,跨径及跨数对墩底曲率需求影响较大;对于采用不同支承约束的曲线梁桥,墩高和曲率半径对桥台位移需求影响较大,仅次于地震动参数PGA。     

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。     

Shake-table tests and numerical simulation of an innovative isolation system for highway bridges

Damage investigation of small to medium-span highway bridges in Wenchuan earthquake revealed that typical damage of these bridges included: sliding between laminated-rubber bearings and bridge girders, concrete shear keys failure, excessive girder displacements and even span collapse. However, the bearing sliding could actually act as a seismic isolation for piers, and hence, damage to piers for these bridges was minor during the earthquake. Based on this concept, an innovative solation system for highway bridges with laminated-rubber bearings is developed. The system is comprised of typical laminated-rubber bearings and steel dampers. Bearing sliding is allowed during an earthquake to limit the seismic forces transmitting to piers, and steel dampers are applied to restrict the bearing displacements through hysteretic energy dissipation. As a major part of this research, a quarter-scale, two-span bridge model was constructed and tested on the shake tables to evaluate the performance of this isolation system. The bridge model was subjected to a Northridge and an artificial ground motion in transverse direction. Moreover, numerical analyses were conducted to investigate the seismic performance of the bridge model. Besides the test bridge model, a benchmark model with the superstructure fixed to the substructure in transverse direction was also included in the numerical analyses. Both the experimental and the numerical results showed high effectiveness of this proposed isolation system in the bridge model. The system was found to effectively control the pier-girder relative displacements, and simultaneously, protect the piers from severe damage. Numerical analyses also validated that the existing finite element methods are adequate to estimate the seismic response of bridges with this isolation system.     

楔形挡块对中小跨径梁桥横向抗震性能的影响

在地震作用下中小跨径梁桥横向易出现落梁以及桥墩破坏。为了防止桥梁出现上述震害,提出以楔形挡块作为限位装置来提升桥梁的横向抗震性能。以一座3×20 m连续混凝土梁桥为例,通过OpenSees软件来建立有限元模型,在考虑板式橡胶支座的摩擦滑移效应、钢筋混凝土桥墩的非线性等力学效应的情况下,对其进行动力时程分析。引入主梁位移响应、桥墩顶部最大位移响应等作为指标,用柔性挡块、刚性挡块两种工况来与楔形挡块进行对比分析,并且分析楔形挡块不同角度对位移响应的影响。结果表明:楔形挡块角度设置合适时能够有效约束梁体位移响应,并且不显著提高桥墩顶部的位移响应。     

汶川地震庙子坪特大桥主桥箱梁开裂震害分析

2008年汶川地震中庙子坪特大桥主桥箱梁开裂严重,并在两个端部（过渡墩处）有较大的横向残余位移。为深入了解主梁开裂震害原因,选取桥址附近台站实测的八条强震动记录及常用El Centro等波作为输入,考虑箱梁施工过程及初始应力影响,通过时程分析进行数值模拟并与实际震害比较。结果表明:不同地震波输入下得到的箱梁高应力区与实际开裂区吻合较好,预示箱梁开裂震害不属于偶然现象。箱梁在主墩处、边跨和中跨合龙段区域处的顶板,边跨1/6~1/2及中跨1/4~3/4区域处的腹板,边跨和中跨合龙段及其相邻2~3个节段处的底板,在地震中易出现高拉或压应力区。地震过程中估计纵向预应力筋应力增加接近100MPa,横桥向挡块破坏降低了跨中箱梁的拉和压应力,对箱梁开裂震害有一定减轻作用。