隔震桥梁结构的简化反应分析及设计参数研究

在规则隔震桥梁结构简化为2自由度系统的基础上，利用等效线性化方法进一步将以隔震模态为主的2自由度隔震桥梁结构简化为双线性的单自由度隔震系统，考虑了隔震支座的双线性特性，并计入了隔震支座下部结构质量及墩柱粘滞阻尼比等参数对结构响应的影响，提出了相应的计算力学模型，重点讨论了隔震支座的剪切位移延性、硬化刚度比、隔震桥梁结构的质量比、隔震模态周期、墩柱周期及其粘滞阻尼比等参数对隔震桥梁结构在近场地震作用下非线性动力响应的影响，并对隔震支座设计参数的选取给出了合理的选择标准．     

复杂多层隔震结构近场地震动位移响应特征分析

为了研究近场地震动特征参数对超长复杂基础隔震结构地震位移响应的影响特征. 首先，分析了128条近场地震动特征参数之间的相关性；接着，对超长复杂基础隔震结构输入地震动，分析脉冲型地震动和非脉冲型地震动的特征参数与结构位移响应之间的相关程度及变化特征. 结果表明:隔震结构的长周期值因接近速度谱中速度敏感性区域而远离加速度谱中加速度敏感性区域，使得结构位移响应与地面峰值速度（peak ground velocity，PGV）的相关程度大于与地面峰值加速度（peak ground acceleration，PGA）的相关程度；地面峰值位移（peak ground displacement，PGD）、输入能对较低楼层的层间位移影响程度大于较高楼层层间位移的影响程度，而PGV和PGA对较低楼层的层间位移大小影响程度小于较高楼层层间位移的影响程度；其他特征参数（除输入能和PGV之外）与基础隔震结构层间位移响应的相关程度大小，同该特征参数与地震动特征参数输入能（或PGV）的相关水平程度相一致；除此之外，近场地震作用下，结构端部及边角位置支座相对中心位置支座位移明显偏大，脉冲型地震动对结构层间位移和隔震层位移分别放大56.59%、58.33%，且对较低楼层的层间位移放大作用更加明显.      

基于摩擦摆支座的矮墩连续梁桥隔震性能研究

以一座地震高烈度区矮墩连续梁桥为分析对象,结合桥址所在区域的场地条件和地震动参数,采用摩擦摆支座进行减隔震设计。通过Midas Civi软件建立有限元分析模型,采用非线性时程分析法,分析了不同支座约束边界条件下的动力特性和地震响应。结果表明：摩擦摆支座可以延长结构周期,使结构的内力、位移分布更为均匀,具有良好的减隔震性能。     

组合隔震结构振动随机最优控制

提出了一种新的结构体系——组合隔震结构体系，并推导了振动及控制方程．假定地震动输入为白噪声，运用随机最优控制原理，分析了组合隔震结构振动的控制性能以及隔震度、阻尼和场地等参数的影响．研究结果表明：通过优化控制参数，组合隔震结构振动控制体系能对结构地震响应进行有效控制。     

隔震曲线梁桥的地震响应

根据隔震曲线梁桥的特点,利用两个正交的非线性水平弹簧单元来模拟铅芯橡胶支座的双向非线性特性,基于大型有限元分析软件SAP2000,选取强震记录作为地震输入,考虑了曲线梁桥自身特性的影响,建立了隔震与无隔震曲线梁桥的空间有限元模型,并进行了双向地震动作用下的地震响应分析.结果表明：铅芯橡胶支座不仅可以有效地降低曲线梁桥的地震响应,还有助于减少曲率半径对曲线梁桥地震响应的影响.为曲线梁桥减隔震设计的深入和桥梁结构抗震安全性的提高提供了依据和参考.     

多层钢筋混凝土框架结构“加层减震”能量时程分析

结合一幢多层框架结构应用铅芯叠层橡胶支座(LRB)进行加层改造的工程实例,在对隔震层的抗侧刚度和阻尼比基于能量准则进行优化的基础上,利用Matlab语言编制了能量时程分析程序,考虑地震动三要素和铅芯隔震支座动力特性(屈服位移和第二刚度系数)等影响因素,分析典型地震动作用下设置上述隔震元件LRB加层结构的能量输入、转化及耗散特性.分析结果表明,输入到结构的总能量较加层前有不同程度的增加,但是大部分都由隔震层来吸收和耗散,使得输入到原主体结构的能量较加层前大大降低,减震效果较为明显,证明提出的基于能量的优化准则的合理性与有效性.     

基于多因素分析的抗震结构阻尼耗能研究

阻尼耗散能量是基于能量性能抗震设计方法的重要指标,需要深入研究不同的地震动和结构特征参数下阻尼耗能的分配特征.以3种场地下的214条近断层地震记录为输入,以简化为理想弹塑性（EPP）、双线性（BL）和刚度退化（SD）滞回模型的单自由度体系的抗震结构在大量近场地震作用下的阻尼耗能分析为基础,从地震动特征和结构特性参数两种角度分别定量讨论了多种因素对结构阻尼耗能比值谱的影响规律.分析表明,场地土类型和断层距对阻尼耗能比的影响并不明显,持时和地震动峰值加速度在不同的周期和延性条件下对阻尼耗能分布比例有一定程度的影响,决定阻尼耗能分配比例的主要因素是结构阻尼、变形延性系数和结构自振周期.通过与计算结果的对比,指出了Akbas所建议计算方法存在的不足.研究成果对于探讨提高阻尼耗能的有效方法,发展基于能量原理的结构性能抗震设计方法具有参考价值.     

土-结构相互作用基础隔震体系地震反应分析

将隔震结构地基土简化为弹性半空间模型，分析了土——结构相互作用对隔震结构地震响应的影响．同时，分析了隔震体系地震响应随阻尼比及地震动频率变化而变化的规律．分析结果表明；隔震体系土——结构相互作用不容忽视．     

大跨径小半径连续弯梁桥抗震性能研究

连续弯梁桥因其平面不规则性而导致弯-扭耦合的复杂力学状态,某一方向的地震动激励会引起两个正交方向的地震反应。以某3×40m连续弯梁桥为工程背景,使用Midas-civil软件建立了全桥有限元模型,采用时程分析方法研究地震动的输入方向和不同的支座类型对其地震反应的影响。结果表明:地震动的输入方向对连续弯梁桥墩柱的地震响应有较大影响;采用板式橡胶支座,可以显著延长结构的自振周期并减小结构所受的地震作用。     

地震作用下近断层连续梁桥弹塑性分析

为了评估地震作用下近断层大跨度连续梁桥抗震性能,以山区某大跨度连续梁桥为研究对象,基于有限元数值方法进行抗震分析与性能评价。选取近场脉冲型地震波与非脉冲地震波,分别对大跨度连续梁桥进行弹塑性非线性动力时程分析。对比分析不同脉冲周期的地震下近断层大跨度连续梁桥设计控制截面的内力和变形响应,研究了脉冲周期对结构地震响应的影响规律。最后引入Ap/Vp来表征地震动的特征,基于弹塑性分析模型进而研究矮墩大跨连续梁桥在不同Ap/Vp下的地震响应特征。结果表明：不同脉冲周期对结构响应的影响程度不同,中等周期脉冲（6.99 s左右）比长周期脉冲（11.93 s左右）地震作用下结构响应改变率最多增加了11.9倍;1号墩横向和2号墩横向地震响应的变化规律总体相似,均随着Ap/Vp值的增大呈先增大后波动性下降的趋势。     

脉冲型地震动对CFST拱桥抗震性能的影响分析

为了研究脉冲型地震作用下钢管混凝土拱桥的抗震性能,以一座钢管混凝土拱桥的实际工程为例,采用时程分析方法系统分析了其在非脉冲和脉冲型地震作用下的抗震性能. 首先,基于PEER地震衰减模型并采用谱兼容的方法选取了符合不同场地条件且具有不同脉冲周期的天然地震记录;其次,在综合考虑有无脉冲、脉冲周期以及地震动多维性的基础上,对钢管混凝土拱桥的抗震性能进行了对比分析. 研究结果表明:脉冲型地震动会对结构响应产生较为明显的影响,脉冲效应对结构响应的放大作用在0.96～19.88倍之间,桥梁修建处的场地条件越好放大作用越明显;脉冲周期的不同也会对结构响应产生不可忽略的影响,结构响应的改变率在10～133%之间,脉冲周期越小脉冲效应对结构响应的放大作用就越明显;与非脉冲型地震动相比,地震动多维性对脉冲型地震作用下的结构响应影响较小,但随着脉冲周期的减小,地震动多维性对结构响应的影响变大. 因此,在对断层附近的钢管混凝土拱桥进行抗震设计时不但要考虑有无脉冲的影响,还需要考虑脉冲周期、地震动多维性以及桥梁修建处场地条件的影响,以免错误地估计结构响应.      

安装铅芯橡胶支座桥梁的抗震性能研究

在高地震烈度区的桥梁结构,设计时地震力起绝对控制作用,此时如果采取结构本身的"硬抗"不仅增加设计负担,并且大量浪费原材料,同时增加了经济负担。一般情况下,可采取"延性设计"和"减隔震设计"来达到减震耗能的目的。该文针对某8度区桥梁,采用国内外较常用的整体型减隔震装置——铅芯橡胶支座对其进行减隔震设计,计算结果表明铅芯橡胶支座既能延长结构的周期,又能耗散地震能量,具有良好的减隔震效果,是一种比较理想的减隔震装置。     

桥梁结构非线性地震响应极值分布的估算方法

为了研究近断层脉冲地震作用下桥梁非线性地震响应极值分布，进行小失效概率下的桥梁动力可靠度精确计算，提出了一种有效的近断层脉冲地震作用下桥梁结构非线性地震响应极值分布分析方法. 首先考虑桥梁结构的非线性和地震动的不确定性，采用拉丁超立方抽样对近断层脉冲地震动随机参数和结构随机参数进行随机抽样，通过模拟的高频地震动均方值和与精确值的相对误差确定出所需要的样本数量；其次以合成的近断层脉冲地震动作为地震激励，通过时程分析对结构非线性动力方程进行求解，从而得到结构非线性地震响应极值样本，再采用改进的分数阶矩最大熵原理获得结构非线性地震响应的极值分布；最后通过非线性单自由度系统和三层非线性剪切框架验证了该方法的有效性. 研究结果表明:该方法不仅能够有效的模拟近断层脉冲地震作用时，桥梁结构与地震动双重不确定性影响下的动力响应极值分布，更能在兼顾效率和计算精度时，精确估计桥梁结构非线性地震响应极值的尾部分布，能够为桥梁结构非线性动力可靠度评估提供一种有效的途径.      

双线性系统地震动瞬时能量研究

研究了不同周期弹性及双线性系统在地震作用下最大瞬时输入能量对应的位移与结构最大位移之间的关系。分析了双线性系统参数对该关系的影响．讨论了弹性及双线性系统的等价速度谱及其变化规律．并对如何由瞬时输入能量评价结构的最大位移进行了初步探讨．     

MDOF桥墩结构基于能量的抗震性能分析方法

针对脉冲型近场地震动的高能量输入,有必要发展以能量为指标的结构抗震性能分析方法．基于能量平衡原理,在给出多自由度体系的地震输入总能量和滞回耗能需求、结构耗能能力以及总能量沿各节点分布等计算方法的基础上,建立了一种基于能量概念的桥梁结构抗震性能评估方法．以3座加拿大的实际桥墩为算例,以近震记录和模拟脉冲为输入,验证了所建议方法的有效性和必要性．最后,以MDOF实体桥墩的时程分析结果为基础,对采用Akbas模型近似确定能量在以弯剪变形为主的中、低高度RC桥墩各截面分布的适用性进行了检验．     

桥梁设计中关于隔震的设计

在桥梁抗震设计中,满足正常使用功能要求的前提下．利用隔震装置可延长结构周期．消耗大量地震能量．降低结构的响应。因此,对于桥梁的隔震设计,最重要的就是设计合理、可靠的隔震装置,并使其在结构抗震中充分发挥作用。在桥梁结构中使用隔震装置具有以下优点：     

LRB-DSB三维隔震系统的隔震效果分析

为研究叠层橡胶支座-碟形弹簧支座（LRB-DSB）串联组合式三维隔震系统的隔震效果,对LRB-DSB三维隔震系统之构成、原理和设计理论进行综合分析;结合算例,运用整体结构法对基于LRB-DSB的三维隔震结构、基于LRB的水平隔震结构和非隔震结构的动力特性及其在三维地震激励下的动力响应进行对比. 结果表明:LRB-DSB三维隔震系统的竖向刚度较LRB水平隔震系统适当降低,基于LRB-DSB的三维隔震结构的竖向自振周期可较基于LRB的水平隔震结构和非隔震结构延长1.2倍;基于LRB-DSB的三维隔震结构在水平向和竖向均能起到良好的隔震效果,弥补了基于LRB的隔震结构仅能起到水平隔震效能的不足.      

多层框架结构利用铅芯叠层橡胶支座加层减震分析

结合一幢多层框架结构应用铅芯叠层橡胶支座进行加层改造的工程实例，在对隔震层的抗侧刚度和阻尼比基于能量准则进行优化的基础上，利用Matlab语言编制了弹塑性时程分析程序，输入两条实际地震动记录和一条人工波．计算结果表明：各层位移和加速度响应以及最大层间剪力和最大层间位移均较加层前有所减少，特别是位移响应减少更为明显；同时也验证了该能量优化准则的合理性与有效性．这种加层减震技术既增加了使用面积，又提高了抗震能力，在中低层建筑的改造中具有良好的应用前景，值得推广．     

基于摩擦摆支座的连续梁桥减隔震设计参数分析

依托新津河大桥抗震设计工程实例,阐述了减震和隔震的设计过程。在设计过程中,先后提出了盆式支座+摩擦摆支座方案和盆式支座+摩擦摆支座+黏滞阻尼方案,并用Midas Civil分别对两种方案进行了非线性时程分析,分析表明:对于中小跨度多跨连续梁桥,摩擦摆减隔震可以有效降低下部结构的地震内力响应,使得桥梁的主要构件在大震作用下仍保持弹性。然而,隔震桥梁在地震作用下支座位移往往较大,因此在隔震设计中增加了黏滞阻尼器,并选择了恰当的设计参数,计算表明使用黏滞阻尼器支座后位移响应降低明显。综合计算结果表明:摩擦摆支座配合使用黏滞阻尼器,能够达到较为理想的减震、隔震效果。     

铁路简支梁桥支座的减震性能研究

采用有限元动力分析程序，对采用铅芯橡胶支座作为减，隔震装置的桥梁结构进行了非线性动力分析，研究了不同地地震激励对桥梁结构减震性能的影响，并与板式橡胶支座的减震效果进行了比较，分析结果表明，与板式橡胶支座相比，铅芯橡胶支座可以有效地降低结构的内力和位移响应，改善结构的抗震性能。