近场地震作用下大跨高墩连续刚构桥易损性分析

近场地震作用对于大跨高墩连续刚构桥的破坏性更强。该文以某新建大跨高墩连续刚构桥为依托,考虑近场地震动下桥梁的地震需求概率,运用OpenSees对该连续刚构桥进行时程分析,通过云图法获得桥梁结构在近场地震下的响应,基于结构的曲率需求概率模型对桥梁进行易损性分析。结果表明：大跨高墩连续刚构桥在PGA较低时结构曲率需求概率响应集中,在较大PGA作用下结构的曲率需求概率降低。在近场的罕遇与特罕遇地震作用下,桥墩出现严重损伤和完全破坏的概率几乎为零,桥梁结构在设防场地下能达到中震可修、大震不倒的要求。     

横向非等高双柱式桥墩抗震性能研究

为研究墩高差对横向非等高双柱式桥墩抗震性能的影响,以某山区3×(5×30)m梁桥为背景,建立OpenSees全桥有限元模型,采用增量动力分析方法(IDA),输入地震动,分析不同墩高差下墩柱关键截面的弯矩～曲率关系、曲率、墩顶位移以及曲率与位移关系。结果表明:地震荷载作用下,当墩高差在10m以上时对系梁位置处桥墩截面延性影响较大,随墩高差增加,与横向等高双柱式桥墩相比,墩顶截面延性有所减小,墩底截面延性增加较大;受墩高差影响,墩底与系梁位置处桥墩曲率在屈服后对地震动强度变化更敏感;墩顶位移总体与墩高差成反相关,墩高差对墩顶位移的影响在峰值加速度PGA=0.5g后差异较大,PGA由0.5g增加到1.0g时,随墩高差增大,墩顶位移减小量逐渐变小;受墩高差影响,横向非等高双柱式桥墩破坏模式差异显著。     

双薄壁墩连续刚构桥地震反应影响参数分析

为探讨双薄壁墩几何参数对矮墩连续刚构桥地震反应的影响,以某(60+100+60)m连续刚构桥(墩高15m)为依托,采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型,采用反应谱法及非线性时程反应法,分析双薄壁墩壁厚和双肢中心距对该桥动力特性和地震反应的影响规律。结果表明:双薄壁墩的壁厚和双肢中心距对连续刚构桥的各阶振型基本没有影响;桥梁1~5阶自振频率随壁厚的增加逐渐增大,2~5阶自振频率随双肢中心距的增加逐渐增大;随着壁厚增大,桥墩控制截面内力显著增大,双肢中心距对桥墩内力影响较小;墩顶、墩底截面的塑性转角和墩顶纵向位移随壁厚的增加明显减小,双肢中心距对截面塑性转角和墩顶纵向位移的影响很小。     

基于随机振动理论的连续刚构桥抗震动力可靠性分析

采用功率谱密度函数描述地震动输入,将非平稳地震动过程等效成平稳过程,在ANSYS/PSD模块中模拟水平双向地震动输入,得到桥梁在随机地震作用下的响应,并通过首次超越破坏准则计算得出桥梁结构危险截面在地震作用下的失效概率,最后以一座主跨180m连续刚构桥为工程背景运用该方法进行抗震可靠度分析。     

高墩大跨混凝土连续刚构桥梁抗震性数值分析

针对高墩大跨连续刚构桥在地震动作用下易出现更大振动,容易对桥梁固定墩结构造成严重破坏的问题。通过建立有限元模型来模拟不同阶态下的连续刚构桥振动特性,获得不同墩高以及不同地震波下高墩大跨混凝土刚构桥的抗震特性。研究结果表明:高墩高连续刚构桥主梁部分表现出横弯和竖弯振型,竖向最容易产生失稳现象;在EI Centro记录工况下,桥梁墩顶处产生的位移量明显小于边跨处位移,墩底截面积混凝土结构并未出现显著的压缩破坏,整个墩底截面处于弹性工作阶段;卧龙地震动下的截面钢纤维拉应变均超过了材料屈服应力下的应变量,截面钢筋已经完全进入了塑性变形阶段。     

近、远场地震下深水桥梁地震响应特性研究

以深水大跨连续刚构桥为分析对象,建立墩-水相互作用的有限元模型,研究动水压力对桥墩地震响应的影响,对比分析了近场、远场地震作用下动水压力对深水桥墩地震响应的影响规律。结果表明:随着水深的增大,桥墩结构的自振周期有所增大;同时考虑桥墩内、外域水的结构自振周期的增幅大于仅考虑外域水;附加质量比越大,动水压力对结构自振周期及结构动力响应影响越大;随着水深的增加,近、远场地震作用下桥墩地震响应值均有增加的趋势,但近场地震作用下桥墩结构的地震响应明显大于远场;近场地震作用下动水压力对桥墩地震响应值的影响大于远场地震,并且随着水深的增加,差异越明显。     

基于流固耦合方法的深水桥墩地震响应分析

该文以深水桥墩为研究对象,采用FSI考虑水对桥墩地震响应的影响,分析比较了不同水深、不同水域面积以及不同壁厚情况下流固耦合作用对桥墩地震响应的影响。得出考虑墩水耦合作用不仅增大了墩底地震响应的最大值,并且使墩底响应最大值发生的时刻也有所改变;随着水深的增加,流固耦合作用对墩底响应的影响增大;随着壁厚的增大,流固耦合效应对空心桥墩墩底地震响应的影响逐渐减小。     

铁路高墩大跨度连续刚构桥抗震设计分析

为保证在罕遇地震下桥梁结构满足规范要求,以主跨120m的高墩大跨连续刚构桥——云南万拉木特大桥为例,运用MIDAS Civil建立连续刚构桥空间有限元模型,对其进行动力特性及罕遇地震作用下的非线性时程分析,并优化延性抗震设计。分析结果表明:桥梁振型以梁墩的横向振动为主,第1阶横向侧弯的自振周期为1.697s,全桥最大振幅出现在桥墩墩顶位置。在罕遇地震(50年超越概率为2%)作用下,中跨墩顶、底受力较大,均已进入屈服,但其弯矩均小于钢筋极限弯矩,桥梁满足"大震不倒"抗震性能目标。对塑性铰区进行优化,将墩底以上3m空心与实体分界位置处截面外层部分主筋弯折,形成最不利塑性铰区域;加强墩顶、底塑性铰区域横向约束钢筋布置,提高墩柱延性。     

方形截面深水桥墩的地震响应分析方法研究

为验证地震响应分析方法对方形截面深水桥墩的适用性,以边长为2m、高度为60m的正方形截面桥墩为例,分别采用解析法、数值法、结合法分析其在不同水深情况下的墩顶位移和墩底应力,并在此基础上对比方形截面和圆形截面桥墩地震响应的特点。结果表明:采用解析法按刚体运动计算方形截面桥墩的地震响应时,一定程度上夸大了动水压力的影响;采用数值法按弹性振动计算方形截面桥墩的地震响应时,水深增加的作用效果恰好与按刚体运动计算时相反,减小了桥墩的地震响应;采用结合法同时考虑地震作用下桥墩的刚体位移和弹性振动时,计算方形截面桥墩的地震响应更合理;方形截面桥墩与圆形截面桥墩的地震响应随水深的变化趋势类似。     

基于延性设计的高烈度区大跨刚构桥减震分析

大跨连续刚构桥的下部结构通常设计为钢筋混凝土构件,桥墩在强震作用下极易进入塑性而发生损伤破坏。文中以某座地震烈度VIII度区高墩大跨连续刚构桥为研究背景,在纵向+竖向地震组合输入下,分别进行线弹性反应谱下的能力与需求分析和非线性弹塑性时程分析,以探求结构的延性行为和弹塑性地震响应。结果表明,墩高差异不大时,横向变截面的双肢空心墩具有较强的延性能力,是高烈度区高墩大跨刚构桥较为理想的主墩形式;强震下双肢刚构墩墩顶塑性铰区首先进入塑性阶段,截面发生的塑性响应最大;大跨刚构桥将主墩按照"有限延性"来设计,有利于提高结构抗震性能和震后的可恢复设计;强震下高墩表现出极强的弹塑性变形能力,可通过在边墩处设置黏滞性阻尼器来减小墩梁间的相对位移,进一步提高结构整体抗震性能。     

桥墩截面形式对弯连续刚构桥地震响应的影响

为了研究桥墩截面形式对弯连续刚构桥动力及地震响应的影响,以某工程实例为背景,建立了空间有限元分析模型,研究了桥墩外形尺寸、截面面积、截面纵向刚度等参数对结构自振特性的影响,在此基础上,利用线弹性时程法,对比分析了这些参数变化对空心墩与实心墩结构地震响应的影响。研究结果表明,桥墩截面形式的不同使得结构的振型系列发生了改变,具有空心墩的连续刚构桥与具有实心墩的连续刚构桥相比,当两者的外形尺寸相同时,前者的频率较低,当两者桥墩面积相同时,前者频率较高,在纵向刚度相同的情况下,前者频率稍低;采用空心墩时,墩底应力及主梁位移比相应实心墩的小,当桥墩纵向刚度相同时,空心墩和实心墩的地震响应基本相同。     

近断层多脉冲地震动作用下斜拉桥地震响应特征分析

为确定近断层多脉冲地震动的水平最强能量方向对大跨斜拉桥地震响应的影响,以港珠澳大桥青州航道桥(主跨458m双塔双索面钢箱梁斜拉桥)为背景,采用LS-DYNA程序建立全桥有限元模型,将利用多脉冲小波分析方法提取的地震动(PS类,对应水平脉冲能量最大方向上的地震动)和相应的原始记录地震动(RS类,对应地震动2个水平分量中峰值加速度较大的分量)分别沿顺桥向输入,分析桥塔、桥墩、斜拉索的位移和内力响应特征。结果表明:PS类地震动作用下,该桥塔顶纵向位移和墩顶纵向位移特征值比RS类地震动作用下分别提高35%、23.53%,塔底横向弯矩、墩底横向弯矩、墩底纵向剪力特征值比RS类地震动作用下分别增大6.92%、5.79%、14.16%;2类地震动作用下,塔底纵向剪力和斜拉索索力特征值相差不大。     

行波效应对深水桥梁地震响应的影响

以深水连续刚构桥为研究对象,采用Morison方程计算动水压力,从频谱、水深、结构周期3个方面考虑行波效应对深水桥梁进行地震响应分析。研究表明:动水压力对深水桥墩地震响应的影响随着波速的不同而变化,并且考虑行波效应时,动水压力对深水桥墩地震响应的影响还与地震波的频谱特性及计算的项目有关;考虑行波效应计算动水压力对深水桥墩地震响应的影响程度跟水深和结构固有周期有关。由此得出结论,大跨度深水桥梁地震响应分析应合理地考虑行波效应和动水压力。     

连续刚构桥单双薄壁墩地震响应的对比分析

单双薄壁墩是连续刚构桥桥墩常见的两种形式,论文对比研究了它们对高墩大跨弯连续刚构桥动力及地震响应的影响规律。以某座桥梁工程为背景,建立了空间有限元分析模型,分析了墩底固结和桩土共同作用两种工况下连续刚构桥的自振特性,在此基础上,利用线弹性的时程分析法,对两种桥墩形式下结构的地震响应进行了对比分析。结果表明,相同条件下采用双薄壁墩可以有效地减小主梁的弯矩响应和位移响应,降低墩底应力,所有这些都是以增大双薄壁墩底轴力为代价的。其研究成果可供桥梁初步设计及弹性抗震设计参考。     

地震动的空间变化对连续刚构桥随机地震反应分析

采用随机振动理论与有限元技术相结合的方法,以基岩随机地震作为输入,对考虑桩-土相互作用的连续刚构桥进行了水平随机地震反应分析;分析行波效应、部分相干效应和局部场地效应对连续刚构桥地震响应的影响;获得了连续刚构桥的墩顶的位移功率谱响应以及各墩墩底的弯矩均方差和功率谱密度曲线。     

地震动的空间变化对连续刚构桥随机地震反应分析

采用随机振动理论与有限元技术相结合的方法,以基岩随机地震作为输入,对考虑桩-土相互作用的连续刚构桥进行了水平随机地震反应分析;分析行波效应、部分相干效应和局部场地效应对连续刚构桥地震响应的影响;获得了连续刚构桥的墩顶的位移功率谱响应以及各墩墩底的弯矩均方差和功率谱密度曲线.     

地震动输入方向对铁路部分斜拉桥地震响应的影响

为研究竖向地震动分量对部分斜拉桥地震响应的影响及最不利地震动输入方向,以某跨度为(144+288+144)m的铁路部分斜拉桥为背景进行分析。采用MIDAS Civil建立全桥弹塑性有限元模型,采用Clough模型模拟塑性铰,由非线性动态时程法分析竖向地震动及水平地震动输入方向对部分斜拉桥弹塑性地震响应的影响。结果表明:考虑竖向地震动后桥墩屈服时刻提前;墩顶最大位移增大,墩底弯矩减小、轴力增大。三向地震动Ex+Ey+Ez和0.3Ex+0.3Ey+Ez两组合工况下,地震动最不利水平输入方向均为140°;El-Centro波作用时,两组合工况的最不利方向下,9号、10号墩福州和平潭两侧墩身的非线性位移延性比均增大,最大值达到3.38,不利于延性抗震。地震反应分析应当考虑竖向地震动、水平地震波最不利输入方向的影响。     

千米级斜拉桥横向减震体系振动台试验

工程中常采用的斜拉桥横向固定体系会增大桥墩、桥塔及其基础的抗震需求，从而增大斜拉桥在地震作用下的损伤破坏风险。为解决这一问题，以已研发的桥梁新型横向钢阻尼器为减震耗能装置，采用振动台试验方法，研究大跨度斜拉桥横向减震体系在近、远场地震作用下的减震效果。以苏通大桥为背景，设计1/35几何相似比的斜拉桥全桥试验模型，并分别进行横向减震体系和传统的横向固定体系的振动台试验。其中，将钢阻尼器与滑动型球钢支座并联布置于桥墩处、钢阻尼器布置于桥塔处形成横向减震体系。基于试验结果进行减震体系的减震行为分析。研究结果表明：在近、远场地震作用下，减震体系均能显著地减小主梁传递给桥墩和桥塔的地震力，其中墩梁、塔梁连接横向传力均减小50%以上，且将主梁位移限制在可接受范围内；减震体系也显著减小了塔身位移、曲率以及墩底曲率需求，其中，塔底截面曲率平均减小了34%，近塔辅助墩墩底曲率平均减小了67%；钢阻尼器拥有饱满的滞回曲线，但其滞回特性与地震输入有关；相对于支座的摩擦耗能，钢阻尼器的耗能能力更显著；在带有速度脉冲的近场地震作用下，钢阻尼器以及支座的位移响应具有明显的脉冲特点。     

高墩连续刚构桥不同影响因素的地震响应分析

以某连续刚构桥为背景,建立了考虑主梁-桥墩-桩基-土层的有限元模型,分析了地震荷载作用下桥墩高度、桥墩截面、双肢薄壁墩间距等影响因素对桥梁典型截面内力及变形的影响。结果表明:在桥墩高度为60~65 m范围内,中墩顺桥向剪力基本稳定,不再随桥墩高度的增加而递减;桥墩高度的增加增大了梁体脱落的风险,桥墩高度为100 m时梁体中跨跨中截面顺桥向与横桥向位移达到139.1,97.5 mm;从抗震角度分析,圆形截面桥墩对位移影响较大,空心矩形桥墩截面与实心矩形桥墩截面形式对墩顶内力的影响不大,故空心墩较节约材料;对于文中连续刚构桥,合理的双肢薄壁墩间距能有效降低墩顶受力与梁体位移,能有效提高地震作用下的安全系数。     

近断层地震动对隔震桥梁地震反应的影响

采用Midas/Civil对隔震桥梁进行了不同类型多维地震动作用下的地震反应分析,研究了近断层脉冲型地震动及其特性对隔震桥梁地震反应的影响,表明近断层脉冲型地震动使隔震桥梁的地震反应明显增大,隔震支座的水平变形较大,易造成支座破坏,甚至产生落梁;结构的地震反应随着地震动PGV/PGA的增大而近似呈线性增大,其中PGV/PGA对支座位移和梁体位移的影响最大。因而在近断层区域进行隔震桥梁设计时应重点考虑地震动的脉冲效应对桥梁地震反应的影响。