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。     

质量布置形式对曲线桥地震反应的影响

转动惯量决定了曲线桥梁转动方向的振型,对曲线桥的地震反应影响很大。推导了曲线桥梁主梁绕不同转轴转动惯量的计算方法,并利用地震工程分析平台OpenSees研究了不同质量布置形式对曲线桥主梁、桥墩地震反应的影响。研究结果显示,在曲线桥的动力建模过程中,只进行平动质量的输入会极大影响桥墩计算的准确性;主梁绕纵轴转动的转动惯量在结构动力分析中十分重要,不可忽略。     

土-结构相互作用下的桥墩结构地震响应

为研究土-结构相互作用下的桥墩结构地震响应问题,通过有限元数值模拟方法,利用有限元软件建立1个两跨的钢筋混凝土连续桥模型,采用时程分析法对比分析连续桥模型在不同场地条件下,桥墩结构对2种不同地震波的地震响应。证明了在进行桥墩抗震设计时,土-结构的相互作用是不能忽略的,且起到不利作用。     

人字桥梁多维地震作用下振动台试验研究

设计制作一座人字曲线桥模型,进行了多维输入的振动台试验,分析了结构在地震作用下的震害现象,并探讨了多维输入下的地震响应特点。结果表明:人字曲线桥梁梁体和桥墩主要表现为以弯曲裂缝为主的破坏模式,竖向输入是梁跨中裂缝出现的主要原因,桥墩裂缝主要受水平输入的影响。梁跨中加速度响应受竖向输入影响最大,墩顶纵桥向加速度响应受竖向输入分量影响并不显著。单维竖向输入降低墩体竖向加速度响应,三向输入则加大墩体竖向加速度响应;对于人字桥梁伸缩缝宽度设置,分支直梁处可只考虑纵桥向地震输入,分支曲梁处则要考虑水平双向地震输入。     

强震区非对称连续梁桥地震响应及性能评价

为研究高烈度地区不等跨连续梁桥的抗震性能，依托某高速公路上一座主跨为（40+60+35）m的典型不等跨连续梁桥，建立其动力分析有限元模型，获得该桥的模态特性。在E1概率和E2概率两种地震水平作用下，同时采用反应谱分析和时程分析法，对不等跨桥梁结构的地震响应进行分析。最后根据桥墩验算截面的弯矩-曲率关系曲线，探讨该桥梁的抗震性能。研究结果表明：动态时程反应分析与反应谱分析所得的结果基本吻合，由于反应谱分析假定结构线弹性状态而时程反应分析考虑了材料的弹塑性，在E2概率水平下，两者个别响应值有较大差别；由于反应谱法是对各阶模态下最大响应的组合，动态时程反应分析是同一时刻各地震波引起的结构响应的组合，因而时域和频域计算结果会存在一些误差，频域结果偏于保守；E1、E2概率地震作用下，主桥桥墩检算截面仍然在弹性范围内工作，满足弹性设计要求。     

考虑上部结构影响的山区桥梁支座刚度设计方法研究

为了合理计算山区桥梁支座刚度,针对桥墩高度不相同的特点,考虑上部结构对桥墩顶部的转动约束作用,提出在横桥向可将墩顶视为自由约束,而在纵桥向将墩顶视为定向约束。分别按照地震作用下各墩底剪力和弯矩相等的原则,推导桥梁支座纵、横桥向的刚度设计公式,并给出各桥墩支座的设计方法。为验证方法的正确性,以墩底剪力相等的原则为例,利用OpenSees建立一座墩高不等的5跨连续梁桥模型,并依支座刚度取值不同分三种工况:工况一各桥墩支座刚度相同;工况二按墩顶自由计算各支座的纵、横桥向刚度;工况三按墩顶定向约束计算各支座的纵、横桥向刚度。分别对三种工况下的桥梁结构输入三条地震动记录进行时程分析,考察各桥墩的底部剪力。分析结果表明:工况一各桥墩纵、横桥向的底部剪力均不相同;工况二各桥墩横桥向的底部剪力相同而纵桥向的底部剪力不同;工况三各桥墩纵桥向的底部剪力相同而横桥向的底部剪力不同。上述结果表明在桥梁支座设计时,横桥向桥墩的抗推刚度应按墩顶自由计算,而纵桥向桥墩的抗推刚度应按墩顶为定向约束计算。     

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。     

SSI效应对大跨高墩桥梁弹塑性地震响应的影响

基于大型有限元分析软件ANSYS,根据大跨高墩桥梁的结构特点,利用水平和转动弹簧单元建立了考虑土结相互作用的大跨高墩桥梁的有限元计算分析模型,并结合现行的《铁路工程抗震规范》,合理地选取强震记录作为地震动输入,进行了大跨高墩桥梁的弹塑性地震响应分析。分析结果表明:较软的土质条件会导致大跨高墩桥梁弹塑性地震响应的增大;地基系数的比例系数则是影响数值计算结果增大的重要因素;土结构相互作用并没有改变地震动峰值加速度PGA对超高桥墩弹塑性地震响应的影响。研究结果可为大跨超高桥墩的抗震设计和验算提供参考。     

地裂缝活动作用下城市立交桥地震易损性分析

城市立交桥等线型结构无法彻底避免地裂缝活动的影响.基于地裂缝场地上盘对地震动的放大效应,考虑地裂缝与桥梁结构的交角,得到结构非线性动力时程分析时的非一致地震动输入的上盘放大系数.地裂缝两侧的沉降差使得连续桥内力显著变化,导致桥墩的轴力增大且在地震作用下桥墩顶部的水平力增大.针对西安地裂缝场地与地裂缝活动特征,以三跨城市...     

简支斜交桥梁地震旋转效应研究

随着我国桥梁事业的蓬勃发展,斜交桥梁作为一种特殊桥型已被广泛应用,因自身结构的特异性导致其在地震作用下更加容易遭到破坏。本文通过有限元数值模拟,分析了斜交角度对斜交桥梁自身动力特性的影响,通过非线性时程分析,研究了斜交角度对桥面旋转、梁体位移、墩底内力的影响。结果表明斜交角度的变化可以显著改变桥梁的动力特性,甚至在低阶振型中就会出现以旋转为主的振型,对斜交桥的地震响应也具有重要影响,特别是桥墩扭矩随斜交角的变化显著增加,需要引起足够的重视。     

SV波入射下地形条件对大跨刚构桥地震响应的影响

计算了SV波在3种角度入射下两座山峰及其间自由场地的时程响应, 并以此作为两座山峰之间大跨桥的桥台及桥墩基础处的多点地震输入.这种地震输入考虑了行波传播效应和地形效应的综合影响. 然后基于多点激励下桥梁地震响应分析方法, 计算了地形条件下总长440 m的高墩连续刚构桥的墩顶位移及墩底内力, 并与忽略地形条件仅考虑行波效应时结构的响应进行了对比分析. 该结果可为建于复杂地形条件下结构的抗震设计提供参考.      

大跨度钢桁架转换层结构的竖向地震反应分析

对某一带钢桁架转换层的复杂高层结构进行了有限元建模,分别采用振型分解反应谱法、时程分析法和《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)的设计反应谱法对大跨高位钢桁架转换层结构的竖向地震响应进行了分析.对采用振型分解反应谱法计算此类结构响应时所要选取的振型数及振型组合方法进行了探讨,并对规范采用10％的重力荷载代表值...     

结构参数对高低墩刚构连续梁桥体系地震响应的影响

地震作用下,相邻主梁间的碰撞会改变桥台-引桥-刚构连续梁桥结构体系的动力响应。为了探究主桥结构形式、墩高、引桥跨数和伸缩缝间距等结构参数对伸缩缝处碰撞效应和桥梁结构地震响应的影响,以某实际桥梁为背景,考虑碰撞能量耗散、桩土相互作用、桥台与台后填土相互作用以及支座和桥墩的非线性行为,采用CSIBridge建立桥台-引桥-刚构连续梁桥结构体系的有限元模型进行碰撞弹塑性动力分析。研究结果表明：不同主桥结构形式的主桥墩受力区别较大,相邻主桥墩高差较大时,选择连续梁桥结构体系更加合理。墩高增加使主引桥间动力差异增大,碰撞效应更加显著,仅对刚构墩受力影响较大。引桥跨数增多和伸缩缝间距增大分别使伸缩缝处碰撞效应增大和减小,碰撞抑制作用的增强和减弱也使得刚构墩内力和变形分别减小和增大,但对于其他桥墩基本无影响。     

车-桥-墩耦合系统演变随机振动分析

将梁简化为两端简支的欧拉-伯努利梁模型,桥墩简化为底部固结的柱,考虑两自由度车辆移动系统与桥面结构表面接触处不平整产生的随机激励,建立了移动车辆系统-桥-墩的耦合力学分析模型。根据子结构方法和演变随机过程一般理论,并应用模态分析法对车-桥-墩耦合系统进行随机振动分析,推导得到了桥墩位移、桥墩轴力、梁竖向位移协方差函数和均方值响应的理论计算公式。通过数值算例,比较了跨中位移的确定性响应和跨中位移的均方根值响应,讨论了在不同桥墩高度、不同车辆移动速度、不同桥面等级下桥梁跨中竖向位移均方根、桥墩轴力均方根的变化规律。     

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。     

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。     

基于机器学习的铁路桥墩地震损伤快速评估

在桥梁的震后抢通工作中,桥梁结构的快速损伤评估是恢复交通的关键环节。以具有代表性的铁路矩形桥墩为研究对象,通过4组拟静力试验验证有限元建模方法的合理性,并对1 000组桥墩有限元模型分别按照纵桥向和横桥向进行耐震时程分析,通过搭建BP神经网络对地震动力响应的需求结果进行拟合,构建铁路矩形桥墩震损快速评估模型,最终通过一座三跨混凝土梁桥验证该模型的适用性。研究结果表明：配筋率、配箍率、剪跨比和轴压比是影响桥墩地震损伤的四种主要因素,长宽比、混凝土和钢筋强度是影响桥墩地震损伤的三项次要因素;当发生PGA为0.32g的设计地震时,通过数值分析和神经网络模型快速评估这两种方法计算所得桥梁四个桥墩轻微损伤概率分别为96.7%、44.6%、49.1%、96.7%和95.6%、40.4%、60.9%、95.8%,中度损伤概率分别为40.1%、1.2%、1.6%、40.1%和37.4%、2.3%、6.0%、37.7%;BP神经网络算法能够有效建立构造参数与地震响应之间的联系,输出误差处于合理范围内,回归程度较好。基于BP神经网络的桥梁地震损伤评估模型具有较好的普适性,能替代部分数值仿真计算工作。     

基于负刚度装置的超长联大跨连续梁桥地震反应控制研究

为完善超长联大跨连续梁桥的减、隔震技术,将负刚度装置引入到超长联大跨隔震连续梁桥中组成新型减、隔震系统,并与黏滞阻尼器-摩擦摆支座组合减震系统进行比较。基于CSiBridge软件建立全桥有限元模型,负刚度装置采用弹性多段线模拟,摩擦摆支座采用双线性恢复力模型,黏滞阻尼器采用Maxwell模型,输入3条地震波进行非线性时程分析,考查两种新型减、隔震系统下桥梁结构的地震反应,探究负刚度系统及黏滞阻尼器系统对超长联大跨连续梁桥地震反应的控制效果。研究结果表明：负刚度装置与黏滞阻尼器均可以有效地减小超长联大跨隔震连续梁桥的支座位移。负刚度装置对桥墩内力反应及梁体加速度反应的控制优于黏滞阻尼器。负刚度装置在超长联大跨连续梁桥地震反应控制中有较好的应用前景。     

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。     

大型高架桥横向地震反应分析

提出了大型高架桥梯形截面薄壁箱梁地震反应分析模型。该模型可以考虑箱梁弯曲，扭转，畸变等多种因素，还能考虑箱梁结构的横向弯扭耦合振动等结构自身特性和桥墩变形，盆式橡胶支座等局部构件作用，建立了大型高架桥在地震波输入下的动力方程，计算了郑州紫荆山高架桥分别在4种典型地震波作用下的地震过程反应，计算给出了该桥的地震反应规律。论证了郑州紫荆山高架桥在地震作用下横向变形的可靠性，为该桥的抗震设计提供参考。