连续梁桥抗震性能分析与评价

研究目的:为满足<铁路工程抗震设计规范>中对连续梁桥进行三水准抗震设计的要求,本文通过具体算例对连续梁桥进行多遇地震弹性、罕遇地震弹塑性地震反应分析,分别从强度、延性和抗剪等方面实现对连续梁桥抗震性能的总体评价.研究结论:提出了连续梁桥在多遇地震作用下强度及稳定性验算方法、罕遇地震作用下延性验算方法,弥补了<铁路工程抗震设计规范>计算方法不能详细反映此类桥梁抗震性能的不足,为铁路连续梁桥抗震性能评价和抗震设计提供了理论基础.     

罕遇地震下城际铁路连续梁桥延性抗震设计

研究目的:罕遇地震作用下,城际铁路桥梁结构可能进入到弹塑性工作状态,对城际铁路桥梁结构进行弹塑性地震响应分析和延性抗震设计具有重要的工程价值和研究意义。结合大连市金州新区至普湾新区城际铁路工程的设计实例,基于纤维梁柱单元模型的基本原理,建立主桥(25+30+25)m预应力混凝土连续箱梁桥的弹塑性分析模型,采用傅里叶变换和反复迭代法将铁路规范反应谱拟合为地震动时程曲线,进行罕遇地震下桥梁的地震响应分析及桥墩延性抗震设计。研究结论:结果表明:地震激励下,仅制动墩进入到塑性状态,延性系数最大值为3.02,小于规范给定值4.8,抗震验算满足规范要求。本文给出的桥梁弹塑性分析方法和延性抗震设计结果为城际铁路连续梁桥的延性抗震设计提供了一种实用手段和依据。     

塔梁固接独塔斜拉桥抗震设计方法研究

以某独塔单索面斜拉桥为工程实例,通过对比不同约束体系下结构地震反应的特点,阐述了延性抗震及减隔震设计方法的原理。通过对比两种抗震设计思路下结构的性能目标,对合理抗震体系的特征和各组成部分进行了系统剖析,并阐明桥梁合理抗震体系设计的关键性,以期为桥梁工程师的抗震设计提供参考。     

兰州北环路上沟大桥抗震设计

研究目的:兰州北环路东段上沟大桥为5×30m结构连续T梁桥,地震基本烈度为8度.本文结合2012年最新实施的《城市桥梁抗震设计规范》,通过对E1、E2地震作用下全桥动力特性分析,对桥梁相应部位分别进行能力保护构件计算和延性设计.研究结论:通过研究得出:(1)2011版《城市桥梁抗震设计规范》是2008版《公路桥梁抗震设计细则》的细化和提升;(2)对于允许进入塑性工作状态的桥梁设计,可以按照首先通过加大截面尺寸来控制变形量,再通过调整配筋率来使墩身部分屈服,最后进行能力保护构件设计这一流程进行.     

大跨度连续刚构桥罕遇地震下抗震分析

研究目的:新建风陵渡黄河特大桥位于八度地震区,在跨越黄河主河道时,为满足航运和过洪要求,其主跨必须采用百米以上大跨度,这便对跨主河道的主桥提出了相当高的设计标准。本文通过有限元程序对主桥结构进行的静力及动力分析,介绍了大跨度连续刚构桥延性设计方法。研究结论:随着土木工程设计理念的不断更新,工程技术人员需要重新审视桥梁结构的防灾减灾设计,对大型复杂桥梁进行抗震延性设计是十分必要的。本文通过对于高烈度地震区大跨度连续刚构桥在罕遇地震下的抗震分析,提供了一种有效的延性设计方法。即通过非线性时程分析得到桥墩内力、位移等反应结果以后,将反应结果与各桥墩进行Pushover分析后得到的屈服抗力相比较,最终判定全桥是否有足够延性抗震能力。     

轨道交通高架桥合理抗震设计参数及抗震措施研究

本文结合某独柱墩高架轨道交通线和建设，建立了高架桥梁结构（包括桥上轨道结构）－桩基－土动力相互作用力学模型，采用工程场地波计算了轨道交通高架桥的非线性地震响应；并采用约束混凝土的概念分析了墩柱的抗震延性。重点探讨了高架桥上长钢轨对桥梁的纵向约束作用及后继结构对桥梁抗震性能的影响；分析了橡胶支座对高架桥的减、隔震作用；按桥梁结构的抗震能力设计思想提出了轨道交通高架桥合理抗震设计参数，从而克服了我国现有《铁路抗规》及《公路抗规》只对桥梁进行抗震强度及稳定性验算的不足，确保高架桥在强震作用下具有足够的延性。研究结果表明，桥上轨道结构对桥梁的纵向约束作用改善了桥梁的抗震性能，但其改善程度与钢轨扣件的纵向力学参数有关；板式橡胶支座的应用，虽使主梁位移有所增大，但减小了桥梁的纵、横向地震响应；独柱墩高架桥潜在塑性铰通常发生在其底中区域，为确保高架桥具有足够的抗强震变形能力，其潜在塑性铰区域横向约束钢筋配置率应不小于0．5％。     

基于能量法的铅芯橡胶支座隔震桥梁设计方法

依据能量平衡原理,建立隔震桥梁系统能量反应方程,将桥墩与铅芯橡胶支座串联,构建隔震桥梁能量反应的双线性分析模型.结合现行<铁路工程抗震规范>,合理选取40条强震记录作为地震输入,对不同周期的隔震桥梁系统进行非线性地震能量反应时程分析.结合铅芯橡胶支座本身的动力特性,给出具有统计意义的适用于Ⅰ类场地的桥梁隔震设计地震输入总能量谱.提出以地震输入隔震桥梁系统的能量达到铅芯橡胶支座的极限耗能作为破坏准则、由地震输入总能量谱得到地震输入能量、隔震度作为隔震目标、隔震支座位移延性比作为限制条件的减隔震桥梁设计方法.     

罕遇地震下U形梁高架车站延性抗震设计

基于滨海新区轨道交通Z4线某U形轨道梁高架车站,建立弹塑性分析有限元模型,根据安评报告给出的地震时程曲线,分别对轨道梁下联接墩、无站厅层墩和有站厅层墩进行罕遇地震下桥墩地震响应分析及延性抗震设计。结果表明,地震激励下,各墩均进入弹塑性工作阶段,计算结果满足相关规范要求。研究得出的高架站桥墩弹塑性分析方法和延性抗震设计结果可为城市轨道交通U形轨道梁下桥墩延性抗震设计提供借鉴。     

高烈度震区铅芯橡胶支座隔震桥梁抗震性能分析

高烈度震区桥梁在地震作用下的结构响应较为复杂,传统的抗震设计很难实现桥梁的抗震性能目标。通过对1座位于9度震区的桥梁进行E1地震作用下的多振型反应谱分析以及E2地震作用下的非线性时程分析,计算结果表明,在E1和E2地震作用下采用铅芯橡胶支座隔震桥梁的地震响应较未隔震桥梁均有大幅减小。因此,对于位于高烈度震区的桥梁可通过合理的减隔震设计使结构地震响应大幅减小,从而可提高结构的抗震安全性,实现桥梁抗震性能目标。     

常见公跨铁箱梁桥抗震方法比较研究

公跨铁桥梁位于交通枢纽位置,抗震性能要求高,设计复杂。以一座位于地震高烈度区跨越铁路的4×30 m箱梁公路桥为例,建立全桥有限元模型,通过非线性时程分析方法,对支座剪坏和墩身延性等两种耗能方式进行比较研究。研究表明:两种方式均能显著减少结构所受地震荷载作用,纵向输入时,墩身延性减震效果要优于支座剪坏;在横向输入下,支座剪坏比墩身延性方式更能减少结构受力。根据这两种减震方式的不同,提出抗震设计细节处理的注意事项。     

小剪跨比铁路圆端桥墩拟静力试验及易损性分析

为厘清小剪跨比圆端铁路桥墩横桥向的地震损伤机理,以国内某铁路沿线桥梁为参考开展3组缩尺比1∶8的拟静力试验,对滞回曲线的延性、残余位移、滞回耗能和刚度退化4个方面进行分析,以试验结果为参考使用OpenSees建立纤维截面有限元模型并进行耐震时程动力计算,以桥墩的位移延性比为损伤指标,基于试验中观察得到的4个关键节点定义无、轻微、中度、严重和完全损伤5种损伤状态之间的位移延性比临界值,通过易损性分析桥墩的损伤发展历程。研究结果表明：1)配筋率从0.3%提升至0.7%,桥墩的承载能力提高至1.37倍,极限位移提高至1.22倍,最终残余位移提高至1.55倍,耗散能量增加至1.80倍,初始刚度提升至1.08倍,最终刚度提升至1.12倍。提高配筋率可以提升桥梁抗震性能,也能增加桥梁抗震韧性。2)当桥墩配筋率由0.3%提至0.7%时,在多遇地震下,轻微损伤概率从87.2%降为29.8%;在设计地震下,中度损伤的概率从63.5%降为30.0%;在罕遇地震下,严重损伤的概率从61.7%降为16.4%。纵筋配筋率可以大幅降低桥墩的损伤概率,提升桥墩的抗震性能。3)在现行铁路规范允许的延性系数为4.8时,...     

基于强度折减系数谱的规则桥梁弹塑性地震反应分析方法

选用43次地震中获得的350条地震波,进行单自由度(SDOF)系统的非线性时程分析。运用统计回归方法,得到4类场地上SDOF系统强度折减系数与弹性周期和位移延性比的关系谱。将规则桥梁等效为SDOF系统,提出利用弹性反应谱和强度折减系数谱计算规则桥梁最大弹塑性地震反应的简化方法。等效SDOF系统的恢复力关系通过桥墩塑性铰截面的弯矩-曲率分析确定,并考虑了桥墩基础弹性变形的影响。运用给出的简化方法和非线性时程分析,对32 m铁路简支梁桥在罕遇地震下自振周期及墩顶最大位移进行计算,验证了该方法的有效性。该方法既可用于桥梁结构的抗震设计,也可用于抗震评估分析。     

行波效应对矮塔斜拉桥弹塑性地震响应的影响

研究目的:为探讨行波激励条件下铁路矮塔斜拉桥弹塑性地震响应的变化规律,基于弹塑性分析理论基础,本文以某主跨(144+288+144)m的铁路矮塔斜拉桥为工程背景,采用大刚度法实现多点激励以模拟行波效应,对比分析一致激励和行波激励(考虑不同剪切波速)条件下铁路矮塔斜拉桥弹塑性地震响应的差异。研究结论:(1)相比一致激励,行波效应会引起桥墩产生更大的弹塑性位移、弯矩响应及其非线性位移延性比(延性指标),并使桥墩发生更大的塑性变形;(2)当剪切波速为200 m/s时,行波效应使9~#、10~#主墩福州与平潭侧薄壁墩身非线性位移延性比分别增大6.32%、17.90%、17.67%和33.92%,降低了其延性抗震能力;(3)进行类似结构延性抗震设计时,应考虑地震行波效应的影响;(4)该研究成果可用于指导桥梁延性抗震设计。     

罕遇地震作用下高速铁路减隔震简支梁桥合理计算模型的探讨

以往在分析减隔震桥梁的地震响应时,由于考虑到桥墩和基础应保持弹性工作状态,在基于强度的设计中偏于安全考虑桥墩一般采用毛截面刚度建立弹性梁单元模型。实际上,在罕遇地震作用下,桥墩墩底截面虽然未达到屈服状态,仍然会出现保护层混凝土开裂,并导致桥墩刚度降低。此时,应考虑对桥墩刚度进行适当修正以估计桥梁的各项地震响应参数,这也有利于实现减隔震桥梁基于位移的抗震设计。结合西部高速铁路中典型的简支梁桥结构形式,分别采用弹塑性纤维梁柱单元、弹性梁柱单元、考虑刚度修正的弹性梁柱单元模拟桥墩建立3种计算模型,探讨适用于罕遇地震作用下的高速铁路减隔震桥梁的合理计算模型。结果表明,当罕遇地震作用下桥墩位移延性超过0.5时,考虑刚度修正的弹性梁柱单元模拟桥墩的计算模型能够较好地估计桥梁各项地震响应参数。     

双曲面球型减隔震支座在城市轨道交通桥梁中的应用

对晋中—太原城市轨道交通L2号线高架桥梁采用双曲面球型减隔震支座进行抗震设计。利用MIDAS建立有限元模型,采用反应谱法、非线性时程法计算在多遇地震、罕遇地震作用下的地震反应。地震分析结果表明:在多遇地震下支座未被剪断,结构受力与普通支座一致,结构处于弹性工作状态;在罕遇地震作用下支座被剪断,双曲面减隔震支座发挥减隔震作用,结构仍处于弹性工作状态。与延性设计相比,采用双曲面减隔震的桥梁能有效降低地震反应,避免结构构件的损伤、震后修复困难等问题,能产生很好的经济效益和社会效益。双曲面球型减隔震支座应用于城市轨道交通桥梁工程中,可为今后地质条件复杂及地震高烈度城市地区的轨道交通桥梁提供设计依据,也可为今后相关设计规范、标准的修订提供技术支持。     

长联大跨连续梁桥减隔震设计方案比选

长联大跨连续梁为适应梁体的自由变形,通常桥梁纵向仅设置一个固定支座,在罕遇地震下,传统的延性设计方法难以满足规范设计要求。本文以(65+5×108+65)m连续梁为工程背景,分析研究了几种减隔震设计方案的减震效果。分析表明,选择合理的抗震措施,能大幅提高结构的抗震性能。     

高烈度区实体双薄壁矮墩连续刚构桥抗震设计

研究目的:以高烈度区实体双薄壁矮墩连续刚构桥为研究对象,以桥梁下部结构的整体抗震性能为分析重点,基于三水准设防目标,提出实体双薄壁矮墩连续刚构桥的延性抗震体系选择方法,系统探讨实体双薄壁矮墩的截面尺寸、纵筋配筋率与结构抗震性能的关系。研究结论:(1)对于高烈度区连续刚构桥实体双薄壁矮墩,应根据桥墩的剪跨比判断其破坏模式,并选择相应的延性抗震类别和设计方法;(2)在多遇地震激励下,主墩截面尺寸及配筋设计由纵桥向地震反应控制,随着墩壁厚度的增加,主墩控制截面纵桥向弯矩显著增大,且增幅显著大于横桥向激励的结果;(3)在横向罕遇地震激励下,因实体双薄壁矮墩横桥向的剪跨比较小,桥墩横桥向只能采用完全弹性或基本弹性结构,导致桥墩及桩基的配筋率显著增大,成为控制桥梁下部结构设计的主要因素;(4)纵向罕遇地震激励下,壁厚增大,主墩塑性转角需求减小,在壁厚与纵筋配筋率的三种组合条件下,主墩塑性铰区截面塑性转动能力均能达到"大震不倒"的抗震性能需求,且其变形能力安全储备基本相当;(5)该研究成果可为类似桥梁的抗震设计提供参考。     

高速铁路异型拱桥抗震体系及抗震措施分析

研究目的:针对长昆客运专线"红太阳"中承式异型拱桥的抗震设计问题,对异型拱桥的合理抗震体系及应采取的抗震措施进行研究。同时为进一步保证桥梁在地震作用下的安全性,纵向设置限位挡块,采用非线性弹簧单元模拟挡块,计算纵向限位挡块在地震作用下的响应,对其安全性能进行评价。研究结论:(1)桥梁结构采用半漂浮体系,大大减小了桥墩地震响应,避免了设计较粗大的制动墩;采用吊杆斜置的方法,通过自身平衡受力,有效减小了半漂浮体系的纵向位移,计算结果表明了该抗震体系的合理可靠;(2)纵向限位挡块很好地限制了桥梁在地震作用下的纵向位移,设计地震下挡块的最大应力不超过材料的屈服应力,具备足够的强度,能够保证结构在地震作用下的使用安全;(3)该研究成果可为同类异型拱桥抗震设计提供参考。     

日本铁路桥梁抗震设计中延性率的评价方法

介绍日本现行铁路高架桥设计采用的构件延性率计算方法,指出在结构延性抗震设计中,构件以及结构的延性能力计算结果是影响结构抗震性能评价的重要参数,铁路高架桥梁多采用单层或多层刚架,合理评价它的变形能力是桥梁抗震设计所面临的重要课题。     

大跨度刚构拱桥抗震性能研究

研究目的:宜万铁路宜昌长江大桥为新型刚梁柔拱组合桥梁结构体系,主跨跨度达275 m.通过对该桥在地震作用下的动力响应分析,了解该类桥型的动力特征和抗震性能,找出有关部位存在的抗震薄弱环节,设计时予以重视和借鉴.研究结论:通过对新型刚梁柔拱组合桥梁结构抗震性能的研究与分析,得出如下结论:连续刚构柔性拱桥与传统梁桥类似,抗震性能较好,但刚构拱桥的墩梁结合区和主墩墩底存在抗震的薄弱环节,设计时应予以重视;主拱的地震内力响应较小,但位移响应较大,在地震高烈度区设计该类桥梁时,应研究采用必要的限位措施.