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。     

铁路空心墩抗震性能的拟静力试验研究

铁路桥梁空心墩在铁路建设中普遍使用,空心墩与实体墩有较大差异,空心墩塑性铰区域的长度能否直接采用实体墩的研究结果尚不明确,采用缩尺模型进行模拟试验是一种比较理想的手段。本文以大瑞铁路的空心桥墩为原型,制作了3个大比例尺的缩尺模型,采用拟静力试验方法进行了截面合理配筋、地震破坏模式及塑性铰区域长度研究,得到了空心高墩在水平反复荷载作用下的骨架曲线、滞回曲线、塑性铰区长度及破坏特征。试验结果表明,现有设计配筋率下模型桥墩呈现延性破坏,破坏特征体现为混凝土的压碎,有明显的塑性铰区域;模型桥墩的塑性铰区域长度与墩底截面受力方向尺寸相近。采用数值模拟得到单调加载骨架曲线和试验骨架曲线,与试验得到曲线能较好地吻合。     

罕遇地震下高层RC框架结构双地震动强度参数易损性分析

为研究高层RC框架结构罕遇地震下的易损性,设计了一个7度区典型11层RC框架结构。采用IDA方法进行时程分析,以地震动峰值地面加速度和结构第一自振周期对应的谱加速度为地震动强度指标,最大层间位移角为结构损伤指标,分别得到了单一地震动强度和双地震动强度参数下的IDA曲线和失效概率,绘制了双地震动强度参数下易损性曲面,并对单一地震动强度和双地震动强度参数下的易损性分析结果进行了对比。结果表明:罕遇地震下,采用双地震动强度参数结构失效概率明显低于采用单一地震动强度参数结构失效概率;对高层RC框架结构,采用双地震动强度参数进行易损性分析反映的地震动信息更全面;采用双地震动强度参数得到的结构失效概率公式更能真实量化不同强度地震作用下结构的失效概率。     

基于扩展PSDA的不等高墩连续梁桥抗震性能评估

以一不等高墩连续梁桥为例,采用SAP2000程序建立有限元模型并精确模拟桥墩、支座、伸缩缝和桥台等构件的非线性特性。根据场地类型选取100条实测地震动记录,对其强度参数(IMs)的区间范围扩展以后进行IDA分析。基于非线性动力分析的结果分别形成了传统的概率地震需求模型(PSDM)和扩展的PSDM,讨论了传统PSDM的局限性以及扩展PSDM的优越性,并建立了以扩展PSDM为基础的桥梁地震易损性曲线,且分别从构件易损性和系统易损性的角度对算例桥梁进行了性能评估。结果表明:相对于传统PSDM,扩展PSDM的回归分析决定系数R2要大很多,能更全面、客观地反映不同构件的概率地震需求;基于传统PSDM的地震易损性分析结果往往低估了桥梁结构的失效概率;矮墩支座往往是不等高墩桥梁最易损的构件,而在矮墩上采用铅芯橡胶支座能明显降低桥梁整体的易损性。     

桩土作用对隔震梁桥地震易损性及震后通行能力影响

为确定桩土作用对一座位于Ⅲ类场地上的110m三跨连续梁桥地震易损性曲线和震后通行能力的影响,首先建立墩底固结和考虑桩土作用2种有限元模型,选取50条实测的、符合工程场地条件的不同强度地震波作为输入,分别以桥墩墩顶和支座最大位移为目标响应,计算得到转角延性比和支座剪应变值,进而构建桥墩和支座的易损性曲线;然后通过宽界限法建立桥梁系统的地震易损性曲线,提出新的平均损伤水平值计算公式并结合易损性曲线评估该连续梁桥的震后通行能力。分析结果表明,同一地震强度下考虑桩土作用时的桥墩位移峰值比墩底固结情况大,更符合实际情况;对于桥梁构件易损性曲线而言,考虑桩土作用时支座破坏超越概率最大,但与墩底固结情况相比相差不大;采用桥梁系统地震易损性曲线评价桥梁交通流量变化更加合理,固结模型的震后交通流量评估Ⅲ类场地情况时不可忽略桩土作用对桥梁地震易损性的影响。     

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。     

双向水平地震动作用对某钢筋混凝土连续梁桥易损性的影响

以双向水平地震动作为输入,对钢筋混凝土连续箱梁高架桥开展非线性动力时程分析。建立基于双向水平地震动强度参数的桥梁结构易损性曲面,比较单向及双向水平地震动输入下桥梁结构易损性差异,分析双向水平地震动输入下横桥向地震动强度对桥梁整体易损性的影响规律。研究结果表明,双向水平地震动输入下的桥梁结构易损性明显高于单向地震动输入的情况,且随着横桥向输入地震动强度的增加,结构各破坏状态的超越概率明显增大。     

双层钢箱-混凝土组合墩双向拟动力试验研究

双层钢箱-混凝土组合墩具有强度高、延性好、抗震及抗爆性能优越等特点,是一种理想的可满足"多灾害防御"理念的桥梁墩柱形式。本文主要考虑钢管壁宽厚比、截面长宽比和长细比等参数,进行了3根双层钢箱-混凝土组合墩的双向拟动力试验研究,并基于Opensees平台,考虑界面粘接、钢板屈曲等的影响进行了此类墩柱的非线性动力时程响应分析,综合来考察其在地震作用下的加速度响应、位移响应、滞回特点及耗能能力。结果表明:双向地震动作用下,双层钢箱-混凝土组合墩柱的墩底出现钢板屈曲、开裂和混凝土压碎等现象,破坏时墩底出现塑性铰;墩柱两个方向的滞回曲线均比较饱满,表明钢箱-混凝土组合墩柱总体具有较好的滞回耗能能力;模型墩柱的加速度与位移响应计算结果与实测结果吻合较好,表明基于带塑性铰的纤维梁单元可以较好地预测双层钢箱-混凝土组合墩柱的抗震性能。本文研究可为双层钢箱-混凝土组合墩柱的抗震设计和工程应用提供参考。     

基于IDA的钢管混凝土空间组合桁架连续梁桥抗震易损性分析

以一座最大墩高110m钢管混凝土空间组合桁架连续梁桥为工程背景,采用Open Sees建立其弹塑性三维有限元动力分析模型,从PEER地震数据库中选取10条地震动记录进行增量动力分析。以典型墩最不利截面材料损伤应变所对应截面曲率为损伤指标,利用能力需求比对数函数进行回归分析,计算不同构件在不同损伤状态下的破坏概率,建立墩柱易损性曲线和支座易损性曲线。基于联合失效概率分析方法,形成了桥梁系统易损性曲线。结果表明:纵向地震作用下该类桥梁墩高突变明显时,低墩较高墩对地震动更敏感,应充分注意墩高突变区域抗震设计;高耸钢管混凝土格构墩柔性较好,在可预料地震作用下几乎不会发生严重损伤和完全破坏,抗震性能良好;该桥系统失效概率大于结构中最易破坏支座失效概率。     

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...     

可更换构件铁路高墩抗震性能研究

针对一种具有可更换构件的新型铁路高墩结构,基于增量动力分析(IDA)曲线,采用易损性分析方法对9度设计、罕遇与极罕遇害地震时的墩柱进行抗震性能评价。建立全桥有限元分析模型,以墩柱最不利截面材料的应变为损伤指标,以地面峰值加速度为地震动强度指标,以357条地震波作为地震动输入,IDA分析得到墩柱关键截面的IDA曲线簇及50%、84%和16%的分位曲线,结合定义的极限状态,探讨墩柱可能产生的塑性铰数量及位置,并通过绘制易损性曲线,对墩柱进行基于概率性的抗震性能评估。研究结果表明：可更换构件在桥墩中首先屈服,从PGA=0.5g时开始屈服、到PGA=1.1g时全部屈服,可更换构件实现分级耗能;墩柱在9度罕遇地震作用下处于基本完好的概率约为99.5%;可更换构件新型高墩结构在9度巨震下超越基本完好状态的概率为36.6%,超越可修复性损伤状态的概率不足1%,其大概率处于可修复性损伤状态。可更换构件高墩抗震性能优越,在近断层地区具有较好的应用前景。     

多维地震作用下高铁桥梁圆端形桥墩易损性分析

圆端形桥墩在高铁桥梁中应用广泛,为研究其在多维地震动作用下的易损性,首先基于OpenSees建立了某典型三跨高铁连续梁桥的非线性动力分析模型;然后以相对位移延性比为桥墩的损伤指标,确定了固定中墩各破坏状态的相对位移延性比界限值;最后,在考虑地震动输入角的基础上,基于易损性分析方法,对比分析了固定中墩顺桥向和横桥向的地震响应。结果表明:(1)同一地震动输入角下,固定中墩顺桥向的墩顶峰值位移平均值远大于横桥向;(2)当PGA值和地震动输入角都相同时,固定中墩顺桥向达到各破坏状态的概率明显大于横桥向,因此,在设计时应优先考虑顺桥向的破坏概率;(3)固定中墩顺桥向各破坏状态易损性云图的波动性明显大于横桥向,所以地震动输入角对固定中墩顺桥向的影响不容忽视。     

基于构件破坏概率的地铁车站震害预测方法研究

<正>本文对地铁车站结构从构件的破坏过程、破坏准则以及破坏等级入手,对给定地震动条件下地铁车站结构震害预测的概率方法进行了研究。首先通过对钢筋混凝土构件的统计分析与数值模拟,基于构件层面并依据试验结果分析了保护层混凝土外缘被压碎及极限破坏状态对应曲率的试验推定值与理论计算值比值的分布情况,依此提出了构件破坏概率的计算方     

自复位高墩振动台模型试验

为探讨自复位桥墩的地震反应,以某简支梁桥为工程背景,设计并制作了一个缩尺的模型桥梁。通过白噪声扫频获得了自复位桥墩的动力特性及其变化规律,选取El-Centro、Mexico和Chi-Chi强震记录作为地震动输入,进行振动台模型试验。试验记录了墩顶的加速度和位移反应,考查了地震动强度、频谱特性及预应力钢筋及其初始预加力对模型桥墩动力特性及摇摆反应的影响。试验结果表明:墩顶水平加速度反应随地震动强度及初始预加力的提高而增大,墩顶位移反应受地震动的强度、频谱特性及初始预加力大小影响较大。墩底提离面轻微损伤会明显降低体系的整体水平刚度,初始预加力则能提高体系整体水平刚度,桥墩的阻尼比随体系的水平刚度增大而减小。强震下自复位桥墩发生了预期的提离摇摆,震后墩底提离面出现轻微损伤,墩身无裂缝产生,结构具有良好的抗震及自复位性能。振动台试验结果验证已有文献的数值分析结论,振动台试验数据可用于数值模型校核或修正。     

铁路高墩弹塑性地震反应分析

给出了高墩弹塑性地震反应分析的方法与步骤,对铁路高墩的弹塑性地震反应进行了研究.研究结果表明:高墩可能在墩中,也可能在墩底形成塑性铰;也可能在墩中及墩底均形成塑性铰;在一定的地震强度下,墩底塑性铰区的位置相对明确,墩中的塑性单元位置受地震动影响较大,潜在的塑性铰区在0.28～0.46倍墩高范围内;同等地震强度下,两个塑性铰区下的墩顶位移与只有一个的相比增大很多.因此,位于高烈度地震区的铁路高墩在进行延性设计时应谨慎.     

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。     

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。     

远场长周期地震动对自复位高墩地震反应的影响

为研究远场长周期地震动对自复位高墩地震反应的影响,开展了自复位高墩的缩尺模型振动台试验,得到了模型桥墩在远场长周期地震动和普通地震动作用下的墩顶位移和墩底弯矩等数据,并对已有的两弹簧数值分析模型的有效性进行了验证。以一座典型的桥梁为例,利用已验证的两弹簧模型基于OpenSees平台建立数值分析模型,进行了自复位高墩在远场长周期地震动下的地震反应分析,并与普通地震动结果进行了比较。结果表明:自复位桥墩在远场长周期地震动下仍具有较好的隔震性能,但远场长周期地震动会增大自复位高墩地震反应;自复位桥墩在远场长周期地震动下的墩顶位移和墩底提离位移及转角都明显大于普通地震动,而墩底弯矩则与普通地震动相差不大。在自复位高墩的应用中,需要注意远场长周期地震动带来的不利影响。     

波浪作用对单柱式桥墩地震反应特性的影响

以ABAQUS有限元软件为计算平台,建立了考虑波浪作用影响的单柱式桥墩-桩-土体系非线性地震反应分析二维有限元模型,土体以四节点实体单元离散,采用土体粘塑性记忆型嵌套面本构模型描述土的动力特性;桥墩以及桩以两节点梁单元离散,采用动塑性损伤模型描述混凝土的动力特性;根据Stokes五阶波浪理论,将基于Morison公式计算所得的波浪力以分布力的形式施加于桥墩之上,比较了静水条件下和考虑波浪作用时不同地震动激励下单柱式桥墩结构的地震反应特性,结果表明:波浪作用的影响使桥墩墩身相对墩底的位移反应、桥墩墩底的剪力和弯矩反应有较明显的增大,但对桥墩墩身加速度反应的影响可忽略不计,波浪作用影响的大小与输入地震动特性有关.在单柱式桥墩的抗震设计中考虑波浪作用的影响是必要的。     

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。