曲线桥梁墩高参数动力敏感性研究

为研究曲线桥梁结构桥墩高度参数对地震响应的敏感性,借助有限元分析软件Midas Civil,通过分类处理建立边墩为变高墩和中墩为变高墩两类有限元分析模型。根据Newmark-β法对多自由度体系的曲线桥梁结构进行动力时程分析,结合曲线桥梁结构地震激励的输入基本方式,计算两类墩高布置形式下两跨曲线连续梁桥结构的基本周期、墩顶位移、主梁内力和桥墩墩底内力的变化规律,通过对计算结果分析探究桥墩高度参数和桥墩高度比参数对曲线桥梁结构地震响应的影响规律。研究结果表明:相同条件下,Ⅱ类曲线桥梁的整体刚度小于Ⅰ类曲线桥梁结构;各墩顶径向位移对桥墩高度比和墩高参数敏感性不同;中墩顶曲线主梁内力耦合机理复杂,难以用较少结构参数表征;变高墩墩底内力与曲线桥梁桥墩布置类型密切相关。研究结果可用于指导山区曲线桥梁结构的抗震分析和设计。     

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。     

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。     

行波效应对连续曲线箱梁桥地震反应的影响

对于目前在城市立交和高架桥建设中应用广泛的多跨连续曲线箱梁桥,不考虑地震动行波效应的影响已经不能满足工程抗震的需要。针对一座七跨连续曲线箱梁桥考虑行波效应时的地震反应,采用大型有限元分析程序ANSYS,选取空间梁单元建立动力计算模型,研究了连续曲线箱梁桥的动力特性;并选取了E1 Centro地震动,考虑三种工况组合进行了多点激励与一致激励下的地震时程反应分析,给出了曲线箱梁和桥墩的内力、位移时程反应。结果表明:桥墩的刚度对连续曲线箱梁桥的动力特性影响较大,低阶频率和振型对桥墩变形的影响明显大于曲线箱梁;连续曲线箱梁桥在多点激励与一致激励下的地震反应差别较大。     

地震作用下曲线梁桥双向碰撞作用影响分析

碰撞作用直接影响到桥梁不同构件的地震响应,是桥梁抗震研究中一直关注的问题。针对地震作用下曲线梁桥因主梁面内转动而发生主梁与切向桥台和径向挡块碰撞的现象,以1座3跨预应力混凝土连续梁桥为例,采用非线性时程分析方法,对曲线连续梁桥的双向碰撞作用影响进行研究,并分析了不同减撞措施的效果。结果表明:考虑双向碰撞作用后,下部结构响应有明显增加,主梁转动现象变得复杂,曲线梁桥地震响应分析中应通过建立精细化模型来考虑主梁双向碰撞作用的影响;在切向桥台处设置限位拉锁装置能起到较好的减轻双向碰撞作用的影响,以及采用减隔震设计后,减撞效果更明显,桥梁抗震性能明显改善,但合理减撞措施设计参数应结合曲线梁桥约束体系及结构设计参数进行体系分析确定。     

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。     

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。     

多年冻土区桥梁的地震反应

首先研究了冻土区桥梁的抗震计算方法,对波动法和惯性力法的计算结果进行厂对比分析。对比结果表明惯性力法的计算结果偏大,但当基岩的剪切波速很大时,两种方法的结果接近。然后,采用波动法对季节性冻土区和多年冻土区桥梁结构进行了地震反应分析,研究了冻土层的变化对桥梁结构地震反应的影响,得到了不同冻土厚度、不同墩高时桥墩地震内力分布的规律。计算结果表明,冻土层的存在对桥梁的地震反应具有显著影响,桥墩的地震反应在冬夏两季具有显著区别。     

基于高斯过程模型的桥梁时变系统地震易损性分析

桥梁在长期服役过程中面临的氯离子侵蚀作用会导致材料性能退化,进而影响桥梁结构的抗震性能。准确评估服役桥梁的抗震性能可以有效保障和提高桥梁结构的安全性,因此开展考虑时变效应的桥梁地震易损性分析非常必要。考虑到地震易损性分析涉及大量的动力时程分析,计算效率很低,故采用高斯过程模型取代耗时的动力时程分析,旨在提高地震易损性分析效率。以一座三跨连续梁桥为例,探究氯离子侵蚀作用下桥墩材料性能的退化规律,建立纵筋、箍筋以及保护层和核心混凝土材料性能退化时变曲线;基于高斯过程模型和联合概率地震需求模型,建立桥梁系统在不同服役年限下的易损性曲线和曲面。结果表明：(1)氯离子侵蚀作用明显降低了桥墩钢筋混凝土材料的强度;(2)氯离子侵蚀作用明显提高了高等级损伤的桥梁地震易损性,结构更容易发生高等级损伤。     

铁路多跨矮塔斜拉桥抗震性能评估

以某铁路多跨部分矮塔斜拉桥为研究对象建立了全桥空间动力计算模型,分别采用反应谱法及非线性时程反应法分析了该桥的弹性及弹塑性地震反应,并进行了抗震性能评估。结果表明：（1） 在多遇地震下2#制动墩的顺桥向地震作用较大,控制该桥的抗震设计;（2）在多遇地震下该桥主塔及桥墩的强度均满足规范要求;（3）在罕遇地震下主塔的强度满足规范要求;（4） 在罕遇地震下桥墩的塑性铰转动能力满足要求,且安全储备较大。     

断层走向对刚构桥地震反应的影响

我国西部部分连续刚构桥临近地震断层建设,在抗震分析时通常会忽略断层走向与桥梁纵桥向夹角对其地震反应的影响。利用Midas Civil软件建立4座墩高不同的大跨度连续刚构桥模型,选取10组近断层强震记录进行时程分析,研究断层走向对刚构桥地震反应(位移和弯矩反应)的影响。结果显示：在水平双向近断层地震动输入下,桥梁主墩及主梁纵桥向地震反应在断层走向与纵桥向夹角为75°～135°范围内最大,而横桥向最大地震反应则发生在夹角为0°～30°或120°～180°范围;在三向近断层地震动输入下,与仅考虑水平双向地震动输入下的桥梁地震反应相比,竖向地震动对主梁竖向弯矩响应的影响较大,特别是主墩和主梁的交界处,增大比例可达2倍及以上。就文章选取的4座桥梁算例,不考虑断层走向和桥梁纵桥向的夹角则存在低估桥梁地震反应的可能,低估误差在15%～40%左右。     

地震动相干效应对高墩大跨铁路桥梁的动力响应影响

地震动相干效应会导致桥梁结构的动力响应有别于一致激励。为了研究相干效应对高墩大跨桥梁这种重要构筑物动力响应的影响,以西部某高墩大跨连续刚构铁路桥实际工程为研究对象,利用相位差谱人工地震波合成技术,建立了考虑相干效应的高墩大跨桥梁数值分析模型。对比分析了纵向和横向地震激励下,部分相干效应对结构动力响应的影响,并与一致激励的情况进行了对比,研究了不同工况下主梁和桥墩内力响应的变化规律。结果表明:纵向激励下,部分相干效应对连续刚构桥高墩影响明显,其弯矩、剪力和相对位移均为最大值,墩高对其非常敏感,且会增大该桥伸缩缝位移响应;横向激励下,部分相干效应对连续梁桥体系的桥墩剪力、弯矩和位移响应有明显放大作用。     

神水泉大桥非线性时程分析及抗震性能评价

结合某高速公路一座典型桥梁神水泉大桥的工程设计实例,采用有限元分析程序Midas Civil,选取空间梁单元建立动力计算模型。采用非线性时程法分析该桥受E2地震作用在顺桥及横桥向产生的动力反应,同时按反应谱法进行校核,并对桥墩进行了抗震性能评价。时程分析分别采用3组实际强震记录的时程曲线,计算结果取时程法的包络值。由分析结果可知E2地震作用下按能力保护构件设计的盖梁抗弯强度、桩基抗弯强度及支座厚度不满足要求;矮墩抗剪能力不满足E2地震作用要求。     

连续弯箱梁自行车桥地震响应分析

为研究厦门市弯箱梁自行车桥的地震响应规律,采用SAP2000有限元软件建立自行车高架桥三维壳体模型,在考虑多遇地震和罕遇地震水准作用及不同加载方向的基础上,分别采用反应谱分析法和时程分析法进行该桥的动力响应分析。结果表明：自行车桥z方向位移分量最大,且z方向分量极值均发生在曲线分叉段;相对剪力而言,桥墩竖向支反力相对较小;E1和E2地震水准响应情况随时间的变化趋势基本一致,桥梁结构未进入塑形状态,抗震性能良好,安全性指标较高;反应谱法计算得到的响应包络值相对3条不同的地震时程结果的峰值大,在实际桥梁抗震分析过程中需要综合考虑两者的分析结果。文章研究结果对今后自行车桥设计和抗震性能分析具有指导意义,并可为研究者对该类桥的进一步研究提供借鉴。     

直接基于位移的连续梁桥目标位移确定方法研究

目标位移的确定是直接基于位移的结构抗震设计方法的研究重点之一。现有的方法仅考虑了单个桥墩在地震中的反应,不能反映桥梁体系的真实情况。本文应用力学基本原理和塑性铰模型建立了钢筋混凝土桥墩在不同质量分布形式下的以墩底曲率表达的单墩目标位移方程。同时,考虑不同质量分布形式以及桥墩与上部结构连接方式的影响给出了整桥体系纵桥向的目标位移计算方法;对于横桥向,推导了一种简化的估计上部结构位移形状的方程,并依据该方程给出了整桥体系横桥向目标位移的计算方法。该方法的计算结果更贴近结构真实反应,可为结构设计提供更可靠的依据。     

行波效应对大跨刚构连续桥梁半主动控制影响分析

给出了地震动行波输入下大跨刚构连续桥梁的半主动控制分析方法,在桥梁支座部位设置磁流变阻尼器,对一座五跨刚构连续桥梁进行了不同视波速行波输入下的半主动控制计算分析. 结果表明,行波效应对该大跨刚构连续桥梁的无控制地震反应、半主动控制地震反应和减震效果均有显著影响,对主梁和桥墩均会在较低视波速地震行波输入时表现出不利影响,并且使半主动控制减震效果明显降低. 因此,在确定半主动控制系统的参数时应考虑地震行波效应的影响以确保控震效果.      

青藏铁路多年冻土区桥墩随机地震反应分析

利用随机振动理论和动力分析的有限元方法,将场地地震动考虑为均值为零的高斯平稳随机过程,对青藏铁路多年冻土区典型桥墩进行了随机地震反应分析,计算了9度地震作用下桥墩随机地震响应的统计特性,分析了冻土层对桥墩地震反应的影响。研究结果表明,冻土层对桥墩地震反应具有显著影响。     

曲率半径对城市曲线桥梁地震反应的影响

以某城市立交工程匝道桥为工程背景,采用MIDAS软件建立了全桥的有限元分析模型.采用反应谱方法研究了不同的曲率半径及地震激励方向对曲线桥梁地震反应的影响.结果表明:曲率半径对曲线桥梁前3阶自振频率影响比较明显;不同曲率半径及地震激励方向对曲线桥梁各墩地震反应的影响较大;应用0.～ 180.旋转激励法输入反应谱可以获得各个桥墩的最不利地震反应,且与《公路桥梁抗震设计细则》中规定的输入方法所得结果基本一致.     

考虑桥墩强震损伤的连续梁桥半主动控制策略

在连续梁桥的智能控制研究中,大多以控制梁的加速度和墩顶与梁间的相对位移为目的,而忽略了对桥墩损伤的控制。本文提出一种改进的半主动控制策略,通过在限界Hrovat最优半主动控制算法中引入桥墩的损伤指数,使桥梁的地震反应和桥墩的损伤同时得到控制。本文以一设置了磁流变(MR)阻尼器的两跨连续梁桥为研究对象,采用MATLAB进行数值模拟分析,对所提出的半主动控制策略进行了多种工况下的验证。计算结果表明,采用考虑损伤的半主动控制策略,能够在较好控制桥梁地震反应的同时,有效降低桥墩在强震过程中的损伤指数。     

强震区轻骨料混凝土桥梁地震响应研究

为研究轻骨料混凝土桥梁的地震响应,以一座强震区典型连续梁桥为研究对象,在考虑轻骨料混凝土材料特性基础上建立桥梁结构有限元分析模型,采用非线性动力时程分析法进行结构地震响应分析,研究轻骨料混凝土材料布设位置对桥梁结构动力特性和地震响应的影响,并从内力和位移响应方面与普通混凝土桥梁进行对比。结果表明:与普通混凝土桥梁相比,仅上部结构或仅下部结构采用轻骨料混凝土对降低桥墩内力并不明显,而全桥采用轻骨料混凝土能够显著降低桥墩内力。轻骨料混凝土桥梁与普通混凝土桥梁地震内力和位移响应变化趋势不同,桥墩塑性发展程度和时间存在差异。采用轻骨料混凝土桥梁方案时,应综合考虑结构质量、刚度分布及材料塑性特性与普通混凝土桥梁的不同,合理确定抗震设计方案。