震后可恢复功能桥梁结构之摇摆桥梁研究综述

大震不倒，且震后无需修复或者稍加修复就能恢复正常使用功能理念的震后可恢复功能桥梁结构是桥梁地震工程研究的热点之一。同时具有控制损伤和自复位能力的摇摆结构，是实现结构可恢复功能的一种有效途径。对摇摆桥梁结构的研究历程与进展进行了较为系统的梳理和总结。首先介绍了摇摆结构的起源及其在桥梁工程的应用，然后针对摇摆桥梁结构的研发和试验研究、拟静力行为分析方法、动力行为分析模型、抗震设计方法等方面分别进行了探讨。现有研究表明：摇摆桥梁的合理构造和抗震性能得到了各国学者的试验验证，分析理论和设计方法得到不断的发展，但仍然存在一些需要解决的问题。摇摆构造需面向工程需求，研发构造简单、传力机制可靠、耐久性好的摇摆桥梁结构；动力分析理论上，现有模型没有考虑受压区高度影响，需要发展三维动力分析模型和动能折减系数确定方法，使地震作用下摇摆桥梁地震响应和真实情况相一致；缺乏考虑边界条件约束的摇摆桥梁全桥体系动力响应分析；抗震设计上，主要存在性能指标确定等问题，即在明确摇摆结构性能特征基础上，如何平衡抗震性能与经济性能。     

桥梁抗震设计理论发展:从结构抗震减震到震后可恢复设计

为了总结桥梁抗震理论与技术的现状和成果,探究桥梁抗震设计理论的未来发展方向,简要回顾了桥梁抗震设计理论的发展过程,介绍了国内外相关规范基于强度的桥梁延性体系设计方法,进一步论述并总结基于性能的桥梁抗震设计的框架与进展,详细讨论了基于位移的性能设计方法和全概率结构抗震性能设计与评估方法。系统介绍了常用的桥梁减震、耗能装置的基本构造、工作原理、分析模型以及应用状况等,分析近年来桥梁减震、耗能技术发展的新动向,指出桥梁减震、耗能技术正由单一的结构减震目标向面向结构性能控制转变,包括减震措施在非地震状态下的性能控制、以及考虑震后结构功能恢复的全寿命期性能控制等。介绍了目前结构抗震研究的新热点——基于震后可恢复性的新型结构抗震体系,详细分析基于摇摆基础和预应力节段拼装桥墩自恢复体系的作用机制和工作原理,讨论自恢复体系在震后结构性能恢复上的优势。在此基础上,展望桥梁抗震的未来发展方向,指出基于震后桥梁使用功能的抗震设计方法和具有自复位、低损伤特性的新型桥梁结构体系将是桥梁抗震研究的热点和重点。     

桥梁抗震智能与韧性的发展

随着科学技术的飞速发展，各种新技术相互融合，改变着人们的生活，社会呈现出人口、建筑以及财富的高密度特征，人们对灾患的预警、应灾、灾后复原、恢复和重建能力有着更高、更全面的要求，桥梁抗震也向着对各种实际需求具有高质量、高性能适应性的智能性方向发展。为进一步深化可持续发展，当前结构抗震已经从基于生命安全的结构抗震减震转向震后结构功能可恢复与快速修复，这对桥梁抗震的韧性提出了要求。为此，首先介绍了桥梁抗震中智能和韧性的含义，指出其是桥梁抗震研究的2个主要关注点，阐明了智能和韧性之间的相互关联、相互补充关系。而后从近断层地震荷载、桥梁减震体系设计、桥梁装置的设计、可恢复结构和预制装配技术以及桥梁路网系统等方面，基于智能和韧性的视角，总结了研究人员为提升桥梁防震能力所做的努力。并基于现有的工作基础，从抗震体系或装置的多功能与高性能化、监测技术的高效发展以及韧性评价体系的完善方面，阐述了进一步推进抗震智能与韧性应该做的工作。最后，结合当前“互联网+”与“人工智能”等技术在社会各领域中表现出来的引领作用，对未来在设计、运营、震后维修等阶段如何方便、快捷、高效地保证桥梁抗震智能和韧性进行了展望和构想。     

新型SCEB力学性能及其在双柱式桥梁结构中的应用

基于结构"保险丝"概念和减小残余位移的目的,提出采用自复位耗能支撑(SCEB)应用于双柱式桥梁结构的设计理念。首先提出一种新型SCEB-自复位防屈曲支撑,阐明其工作机理并通过试验验证了其力学性能;然后基于新型SCEB的力学性能,建立附加SCEB双柱式桥墩结构的恢复力模型,并给出双柱式桥墩结构中新型SCEB的设计方法,通过合理设计SCEB使其先于桥墩屈服并耗能,可减小主体结构墩身的地震损伤,并且能够有效控制桥梁结构震后的残余位移;最后基于OpenSees软件平台,验证SCEB应用于双柱式桥梁结构中的可行性和有效性,并对附加新型SCEB的双柱式桥梁结构进行抗震性能分析。新型SCEB试验结果验证了合理的设计能够实现新型支撑具有稳定的耗能能力和良好的自复位功能,其力-位移滞回曲线呈明显的旗帜形特征;数值模拟结果不仅验证了附有"保险丝"构件的新型耗能桥梁结构的抗震性能优于传统横系梁桥梁结构,还验证了SCEB作为"保险丝"附加在桥梁结构中的有效性;附加新型SCEB的双柱式桥梁结构与附加传统BRB双柱式桥梁结构相比,在提高桥梁结构横向刚度的同时,对桥墩主体结构具有更好的保护作用和耗能能力,特别是能够减小甚至消除桥梁结构的残余位移。     

桥梁双柱式排架墩抗震性能研究进展述评

桥梁双柱墩在国内外中小跨径公路桥梁和城市高架桥中应用非常广泛,但在历次破坏性地震中震害普遍严重。为了揭示桥梁双柱墩在地震作用下的破坏机理,发展具有可恢复功能的防震桥梁双柱墩,实现从双柱墩结构到桥梁工程、再到交通线路乃至整个交通网络的全寿命周期抗震性能设计,对桥梁双柱墩抗震问题的研究进展进行评述。首先总结汶川大地震和国外重大地震中钢筋混凝土桥梁双柱墩的震害情况并分析其特征,主要破坏形式有墩柱的弯曲破坏、弯剪破坏、剪切破坏,间系梁的纵向开裂及其与墩柱节点的断裂,盖梁梁体的斜裂缝、冲切开裂及其垫石和挡块的剪裂、剪断、撞碎等。再从抗震性能试验、非线性力学行为及数值模拟、间系梁减震耗能、损伤控制与可恢复功能结构体系、ABC双柱墩及其在强震区的应用问题、抗震加固方法和抗震设计理论等方面对桥梁双柱墩相关的抗震问题研究进展进行系统梳理与评述,进而指出桥梁双柱墩应用与研究中存在的问题。在此基础上,结合当前地震工程领域的主要发展趋势和前沿热点问题,如子结构混合模拟试验、可恢复功能结构和交通系统、多次多灾种耦合作用、全寿命设计、大数据和人工智能等,对双柱墩结构及其桥梁体系未来的研究方向进行展望。     

组合钢箱梁跨线桥抗震策略分析研究

文章针对钢箱组合梁跨线桥,按照延性体系和铅芯橡胶支座的减隔震体系进行了水平向设计基本地震动加速度峰值A=0.10g～0.30g和特征周期Tg=0.40s、0.55s下的抗震设计,给出了两种体系下主要桥梁结构构件的抗震配筋,并进一步比较了两种抗震体系的震后服务性能和经济性能。结果表明:减隔震抗震体系下的桥梁在震后服务性能略优于延性抗震体系;减隔震支座费用偏高,而延性体系则需要更多的构件配筋。     

高烈度震区高速铁路中小跨桥梁结构选型研究

为研究高烈度震区高速铁路中小跨桥梁合理的结构型式,以印尼雅加达至万隆高速铁路工程为背景进行分析。选取雅加达附近线路1km左右的区段,试设计2种桥型方案:(1)30孔32m预制装配式单箱单室箱梁简支梁桥方案;(2)21联(3×12)m刚架+8m简支板小刚架桥方案。分别建立2种桥型方案的有限元模型,开展桥梁抗震性能及列车走行性分析,并对2种方案的施工方法和工程经济性进行对比。结果表明:对于高烈度震区高速铁路,简支箱梁桥可采用减隔震支座,抗震性能好,震后修复快,施工方便,适应性强,宜全线采用;小刚架桥抗震性能满足规范要求,但震后桥墩将发生较大的塑性破坏,震后修复困难,考虑其在地质较好地段具有一定的经济优势,可在条件适宜的地段采用。     

基于摩擦摆支座的大跨度双拱塔斜拉桥减隔震研究

为研究摩擦摆支座对斜拉桥的减隔震效果,以某双拱塔斜拉桥为工程背景,考虑桩-土-结构相互作用(PSSI)的效应,基于摩擦摆支座的力学特性建立桥梁结构空间有限元模型,进行动力特性分析、地震响应研究与抗震验算。结果表明:采用摩擦摆支座减隔震后,结构的自振基本周期较原结构明显延长,有利于改善结构的抗震性能;不同的地震动输入方式对控制截面的内力影响不同,E2地震下的响应值均要比E1地震下大;E1、E2地震作用下,结构各主要控制截面的安全系数均大于1,结构只发生可修复性损伤,满足结构的抗震性能目标要求。     

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。     

粘滞阻尼器参数对大跨度桥梁抗震性能影响研究

基于流体粘滞阻尼器的力学特性,以荆岳长江大桥为工程背景,研究了附加非线性粘滞阻尼器对大跨度桥梁抗震性能的影响。利用动力非线性时程分析方法,对非线性粘滞阻尼器的阻尼系数和阻尼指数进行了参数敏感性分析,讨论了阻尼器布置位置对减震效果的影响,并与不设阻尼器情况的地震响应结果进行了比较。分析表明：通过在适当的位置设置纵向粘滞阻尼器,可以有效地降低结构在地震作用下关键部位的位移,改善结构构件的地震力;减震效果取决于阻尼器参数;同时,设置阻尼器避免了相邻主梁可能发生碰撞引起的结构损坏。     

公路大跨度桥梁建设期抗震设防标准研究

针对桥梁结构建设期间的抗震性能存在较大风险、国内公路桥梁在建设期一般没有考虑地震作用影响的问题,基于现行桥梁抗震设计规范重要性系数的概念,根据设计基准期、烈度、超越概率及地震重现期关系,研究了公路大跨度桥梁建设期的设防标准和抗震重要性系数,通过数值模拟,采用所推荐标准与抗震重要性系数评估了西部高烈度区一座T形刚构桥在建设期的抗震性能,并与成桥状态桥梁抗震性能比较。结果表明:大跨度桥梁建设过程中地震响应规律与成桥状态不同,对于桥梁建设期抗震,建议建设期在5年内的桥梁采用5年设计基准期超越概率10%的地震动,建设期超过5年的桥梁采用桥梁抗震设防类别E1地震作用;要求建设期桥梁在地震作用下处于弹性状态。     

汶川地震后对我国结构工程抗震的几点思考

通过前两位作者前后两次赴汶川地震灾区进行考察调研,获取了震害的第一手资料。首先阐述了汶川地震的特点,分析了结构工程特别是桥梁工程震害产生的原因;研究了桥型与抗震性能的关系,提出在不同场地和不同条件下应采用不同的桥型、高烈度地震区的适宜桥跨结构型式应进行深入研究;探讨了桥梁结构的抗震设防标准问题,建议对重要性公路桥梁,采用中震不坏的设计原则;讨论了概念设计与抗震构造措施对桥梁抗震的重要性;提出应重视减隔震耗能技术在桥梁工程中的应用;根据国外的经验,建议对桥梁结构的抗震评价与加固技术进行深入的探讨和研究;探讨了我国在灾害的应急决策机制、防灾减灾政策和技术研究等方面存在的问题;最后,针对目前我国结构抗震中存在的问题,提出了相应的建议。     

映汶高速公路桥梁防震减灾技术的应用

映汶高速公路位于“5·12”汶川大地震的极重灾区。基于汶川地震灾区桥梁震害调查,结合映汶高速公路的桥梁设计,介绍高烈度地震区如何进行桥位选择、桥型方案的确定,提出新型的防落梁构造、减隔震技术等主要防震减灾措施,并在实际工程中取得了良好的应用效果,可在同类型高速公路工程中推广应用。     

基于拉索减震支座的高墩桥梁抗震设计策略

近年来,随着我国桥梁工程的高速发展,桥梁交通网络不断完善,更多的高墩桥梁被应用于实际工程中。以某实际工程中的高墩桥梁为例,提出了基于拉索减震支座的抗震设计策略,对比研究了常规体系、采用摩擦摆支座的减隔震设计方案,分析了不同方案在E2水平地震作用下的桥梁结构响应。分析结果表明：高墩桥梁中采用拉索减震支座、摩擦摆支座都能有效地降低结构地震内力响应。摩擦摆支座与常规体系都可能导致较大的墩梁相对位移;拉索减震支座可有效控制墩梁相对位移,有利于防止落梁灾害的发生,是一种合理有效的抗震设防策略。研究内容可为高墩桥梁抗震设计提供有益参考。     

界首市裕民桥总体计算与关键构件分析

界首市裕民桥主桥为主跨142 m的自锚式悬索桥，设计步骤主要包括桥梁总体布置的确定、静力有限元建模、整体稳定性分析、缆索线形确定、运营阶段内力分析以及构件强度验算等；同时，还需建立动力模型，以了解桥梁自振模态，并对结构在地震作用下的响应进行分析，进而验算桥梁的抗震性能。所总结的内容可为类似桥梁设计提供较有价值的参考。     

混凝土折线塔斜拉桥抗震性能研究

为了清楚地了解混凝土折线塔斜拉桥的动力特性和地震响应,对一座混凝土折线塔斜拉桥的抗震性能进行研究。采用数值计算方法利用有限元软件MIDAS对直塔和折线塔斜拉桥的动力特性和地震响应进行计算。得出了两种塔型斜拉桥在不同结构体系情况下的动力特性和地震作用下的位移和内力。最后得出在地震荷载作用下两种结构体系的斜拉桥内力和位移均相差不大,并为设计和实际工程提供参考。     

高墩桥梁地震响应分析

近年来,高墩桥梁越来越多地在西部强震地区被采用,并且多采用简支梁桥、连续梁桥和刚构桥。对具有高墩的某桥梁工程进行高墩桥梁抗震性能分析,研究高墩动力特性和地震响应特点。并通过适当的改变结构形式降低桥墩的地震响应,达到较好的减震效果,可为高墩桥梁的建设和抗震设计提供参考。