近场长周期地震动脉冲特性对减隔震桥梁地震响应的影响研究

针对减隔震桥梁,选取不同的地震动激励,采用非线性时程分析方法,分析了长周期地震动脉冲特性对减隔震桥梁地震响应和减震效果的影响,并与非减隔震桥梁进行对比。结果表明,长周期地震动的脉冲特性对支座减隔震性能的发挥较为不利,但尚具有一定的减隔震作用;在脉冲型地震动作用下,桥梁的地震响应明显大于脉冲特性不明显地震动作用时的响应,尤其主梁纵向位移放大了3~6倍,应加强防落梁措施。在长周期地震动影响较大的区域修建减隔震桥梁时应关注地震动的脉冲特性对其产生的不利影响。     

输入地震动维数对FPB隔震曲线桥地震反应的影响

为了研究摩擦摆支座隔震曲线桥梁地震反应的空间耦合效应,分析了输入地震动维数对摩擦摆支座隔震曲线桥梁地震反应的影响.基于空间有限元方法,采用能考虑动轴力影响的多维耦合FPB恢复力模型,以一座2联6跨的预应力混凝土连续箱梁桥为例,输入3条强震记录,分别进行了一维、二维及三维地震动下的非线性时程反应分析及其对比分析.结果表明:输入地震动维数引起的耦合效应对隔震曲线桥梁的地震反应有重要影响;输入地震维数对支座的力-位移滞回曲线形状有较大影响;FPB隔震曲线桥的支座位移大小与输入地震动的维数有关.     

近场脉冲地震作用下穿越断层带隧道地震响应

在地震动峰值、速度脉冲及结构的地震响应等方面,近场地震动常表现出和远场地震动不同的特性。依据地震动破坏势从NGA-West2地震动库中选出2条近场脉冲型地震动,并与2条远场地震动进行对比分析,从而得到其频谱特性,即近场脉冲型地震波具有较明显的速度幅值,PGV与PGA比值及PGD与PGA比值较大,速度敏感区位于长周期段等特点。结合都汶高速公路龙洞子隧道工程,建立穿越断层带的隧道结构三维有限元模型,并以横断面方向分别输入近、远场地震波进行计算,研究近场脉冲型地震作用下穿越断层带隧道结构地震响应特性。结果表明：在近场脉冲型地震动作用下隧道的等效应变峰值较远场地震动大,并且在速度脉冲特性更显著的集集地震波作用下的应变峰值更大;与远离断层处相比,在断层面附近隧道横断面的等效应变峰值分布规律发生了变化,其横截面等效应变峰值最大处由拱脚变为拱顶,且在4种地震波作用下拱顶处结构的等效应变均超过了混凝土的峰值应变,进入破坏阶段;断层带内的隧道地震响应明显强于围岩条件较好的地层中的隧道,而断层带与较好围岩交界面附近的隧道地震响应更为剧烈,应变峰值随距断层距离的增大而迅速衰减。所得数值模拟结果与实际震害现象一致,可以为近场脉冲型地震动作用下穿越断层隧道的抗震设防提供参考。     

不同地震烈度下隔震连续梁桥模型振动台试验

为了研究在不同地震烈度下不同类型场地的隔震连续梁桥结构的振动特性和隔震效果,根据一座在建的两跨隔震梁桥,按1/10的比例设计了一座两跨隔震梁桥模型及试验用方形铅芯橡胶支座,并对其力学性能进行试验;在此基础上对梁桥结构模型进行了地震模拟振动台试验。结果表明:地震动的幅度和频谱成分、场地类别、地震烈度、断层等因素对隔震桥梁体系的隔震效果有很大影响;输入不同地震波和不同加速度峰值,小震时铅芯橡胶支座水平刚度较大,结构较稳定,大震时铅芯橡胶支座水平刚度较小,支座恢复力-位移滞回曲线面积较大,可以较多地耗散地震输入能量,减小能量向桥梁上部结构的传递。     

地震作用下高速铁路多联大跨连续梁桥碰撞效应研究

为研究采用支座隔震设计的高速铁路多联大跨连续梁桥在地震作用下的邻梁碰撞效应,选取某铁路三联12跨预应力混凝土连续梁为实际工程背景,采用SAP2000分别建立考虑CRTSⅡ型板式无砟轨道体系的线桥一体化模型和不考虑轨道约束的传统模型,基于PEER强震数据库,选取近远场共7条地震波,考虑地震波纵向和纵向+竖向两种输入模式,首先以碰撞力峰值及碰撞次数作为评价指标,讨论了两种模型伸缩缝处的响应规律,并揭示其机理,然后考虑伸缩缝不同间隙,对两种模型的碰撞响应进行对比,最后引入碰撞影响因子,对碰撞引起的固定支座的剪力变化情况进行了分析。结果表明:不同地震波激励下碰撞特征为一次碰撞激发巨大碰撞力和多次连续碰撞;轨道系统的存在使得远场地震动下碰撞消失,近场地震动下碰撞减弱;无论邻梁碰撞反应还是碰撞对下部结构的影响,相比远场地震波,脉冲特性使得近场地震波作用效应更剧烈;考虑竖向地震动时,双曲面隔震支座动反力变化可能引起支座滑移位移增大导致碰撞效应增大;碰撞对传统模型固定墩的影响较隔震体系更明显。建议位于高烈度区以支座为隔震设计的桥梁考虑邻梁碰撞进行减隔震设计计算。     

城市大跨度连续梁拱桥减隔震措施研究

为研究不同减隔震支座应用于大跨度桥梁中的减隔震效果,以某座城市大跨径连续梁拱桥为研究对象,在OpenSEES有限元分析平台中建立全桥非线性分析模型,选取近场、远场及人工地震动作为输入,对比研究了在设置球型钢支座、摩擦摆减隔震支座以及速度锁定器后的桥梁关键部位的地震响应特性。结果表明,摩擦摆减隔震支座与速度锁定器都能使得梁拱体系下部结构的地震位移响应显著降低,但在近场地震动作用时,设置减隔震支座可能会增大上部结构的位移响应;同普通球型钢支座相比,两种减隔震支座都能显著降低地震作用下桥梁下部结构的剪力及弯矩响应,且速度锁定器的降幅更大。综合而言,速度锁定器的减隔震效果更好,但使用时应注意平衡体系上下部结构间位移响应的关系。     

三维隔震连续梁桥模型结构地震模拟振动台试验

为发展作者研发的新型三维隔震装置,研究不同强度、不同特性地震作用下三维隔震连续梁桥的地震响应和三维隔震效果,设计并制作了一座1/25缩尺比例的三维隔震三跨连续梁桥和单跨水平隔震梁桥模型结构,设计了适合于桥梁模型的三维隔震支座和常用普通叠层橡胶隔震支座。在此基础上,对三维隔震连续梁桥和水平隔震单跨梁桥进行水平和竖向地震模拟振动台试验。研究结果表明:在几乎所有地震作用过程中,所研发的三维隔震支座能安全、有效地发挥作用,试验结束后三维隔震支座没有发生损坏。水平地震作用下,无论地震强度大小三维隔震支座和水平隔震支座都具有较好的水平隔震效果,主梁水平加速度减震效果可达50%~80%。近断层脉冲型地震动作用下,铅芯橡胶支座的水平隔震效果明显优于普通叠层橡胶支座。竖向地震作用下,采用普通叠层橡胶支座的单跨梁桥主梁竖向峰值加速度可能会明显放大,最大可能放大近1倍;即使部分地震激励下峰值加速度没有放大,在局部时段仍有明显放大现象,但是采用三维隔震支座的连续梁桥主梁竖向峰值加速度比墩顶竖向峰值加速度一般可减小30%左右,最多可达50%,且基本没有出现局部时段放大现象。三维隔震梁桥在水平和竖向地震作用下都表现出良好的隔震效果,为三维隔震技术在桥梁工程中的应用提供了依据。     

近断层脉冲型地震动作用下大跨斜拉桥的地震响应特征分析

以一座双塔双索面半飘浮体系大跨度斜拉桥为工程背景,计算分析了纵向+竖向和横向+竖向激励下近断层脉冲型地震动、近断层非脉冲型地震动和远场地震动对大跨斜拉桥地震响应的影响.结果 表明:近断层脉冲型地震动、近断层非脉冲型地震动和远场地震动作用下,大跨斜拉桥主塔和主梁的地震响应规律基本相同;近断层脉冲型地震动对大跨斜拉桥主塔和...     

跨断层桥梁地震响应特性研究

为了解跨断层桥梁地震响应规律,为桥梁抗震设计与研究提供参考,以一座跨越走滑断层梁桥为研究对象,利用混合模拟法合成了跨断层桥梁地面运动时程,基于地震动位移输入模型,采用非线性时程分析法计算了该桥的结构地震响应,并从内力和位移响应方面与对应近断层桥梁进行了对比分析。结果表明:跨断层梁桥的桥墩承受较大扭矩;在断层错动方向,断层两侧主梁、支座及桥墩的内力、位移响应方向相反,地震动结束后,存在显著的残余内力和位移,具有较大的结构破坏风险。建议设计时应基于跨断层桥梁的地震响应特性,进行针对性的抗震设防,以减轻或避免结构破坏带来的不利影响。     

近断层脉冲型地震设计谱应用研究

采用非线性有限元软件SAP2000建立了以一座主跨144m的典型大跨度连续梁桥有限元模型,对比分析了采用TTN(TgTp双周期规准)近断层设计谱和现行中国铁路规范设计谱的结构多模态反应谱分析结果与实际近断层脉冲型地震动激励下结构时程响应结果之间的差异。检验了TTN近断层脉冲型地震设计谱的适用性。研究结果表明:现行铁路规范反应谱未能有效计入近断层脉冲效应,可能极大低估近断层区域工程结构在实际设防水准下的地震响应,导致结构破坏程度超出预期。基于近断层脉冲型地震设计谱的多模态反应谱分析结果与实际近断层脉冲地震动时程分析结果吻合良好,可适用于近断层区域桥梁结构的抗震分析。     

高墩大跨连续刚构桥长周期地震响应对比研究

为研究长周期地震波对高墩大跨连续刚构桥地震响应的影响,基于OpenSEES平台建立了考虑材料和几何双重非线性的全桥动力分析模型,针对远场谐和型、近断层脉冲型和近断层滑冲型3类长周期地震波,与现行规范协调的普通地震波和人工波等5类共20条波进行非线性时程对比研究。结果表明:长周期地震动对高墩关键截面内力响应的放大作用非常明显,低频成分最丰富的远场谐和型地震波的内力计算值为普通波和人工波的2~4倍;而对高墩位移响应的放大作用比内力更显著,远场谐和型地震波的墩顶位移值超过普通波和人工波的20倍,导致支座剪断破坏;以现行规范反应谱为基准进行抗震设计,会大大低估高墩桥梁的地震内力和位移响应需求,引发灾难性的后果。     

地震激励桥梁基础减隔震支座性能研究

以某工程项目为对象,以50 a 10%超越概率E1 (地震作用)和50 a 2%超越概率E2 (地震作用)的地震动加速度时程数据为输入参数建立有限元模型来分析普通橡胶支座和双曲面球形减震支座对桥梁整体结构抗震特性的影响作用。研究结果表明:E2地震力作用下,双曲面球形减震支座下梁端横向和纵向位移均大幅度下降,支座横桥向位移增加,橡胶支座纵向位移增大而滑动支座纵向位移减小,减隔震支座降低了相邻主梁碰撞而造成结构震害; E1地震力作用下,桥梁立柱和桩基结构在橡胶支座和双曲面球形减隔震支座下均不会发生基于结构抗弯能力不足而导致基础震害,但双曲面球形减隔震支座下桥梁立柱底部和桩基弯矩均大幅下降;E2地震力下,橡胶支座的1#、2#桥墩立柱和1#、2#、3#、4#桥墩桩基结构弯矩超过结构的抗弯承载能力,桥梁立柱和桩基结构均会发生严重破坏;双曲面球形减隔震支座下桥梁立柱底部和桩基弯矩均大幅下降,低于桥梁立柱的抗弯承载力,桥梁结构不会发生结构破坏。     

近断层多脉冲地震作用下桥梁墩柱地震风险分析

桥梁墩柱是桥梁结构中的关键构件,为研究近断层多脉冲地震动对桥梁墩柱地震风险的影响,采用场地地震危险性、结构地震易损性和结构震后损失3项参数进行综合评估,以PGA为地震动强度指标,分析某8度设防场地的地震年均发生概率,利用OpenSees建立某桥梁墩柱有限元模型并给出其结构的易损性曲线,结合损失比得到桥梁墩柱结构的年均预期损失比分布对比曲线和年均预期损失比。结果表明:随着地震动强度的增大,其对应的年均发生概率反而减小,在小于0.3g范围内的年均地震动发生概率最大;能量最强方向地震时程对应易损性曲线的上限,水平最强方向上的显著小波分量不适合分析桥梁墩柱结构的地震风险,水平单向地震动低估了墩柱的年均预期损失比;对于桥梁墩柱的地震风险而言,能量最强方向上的地震时程对应着桥梁墩柱地震风险的最不利情况。     

板式橡胶支座桥梁地震位移控制方法

为了克服中国采用板式橡胶支座的中小跨径桥梁易发生梁体移位震害的不足,合理控制梁体地震位移,以一典型板式橡胶支座连续梁桥为研究背景,采用SAP2000有限元程序,考虑板式橡胶支座的滑动效应,建立了桥梁结构空间动力计算模型,进行了非线性时程地震反应分析,研究了地震动特性对梁体地震位移的影响,探讨了板式橡胶支座桥梁存在的问题,提出了将一联梁桥中某中间桥墩的板式橡胶支座改为铅芯橡胶支座的地震位移控制方法.结果表明:该方法能有效控制梁体地震位移,虽在一定程度上增大了设置铅芯橡胶支座桥墩的地震反应,但与可能的落梁震害相比,桥墩发生有限损伤是可接受的.     

地震作用下LRB隔震桥梁碰撞临界间隙分析

采用LRB隔震支座增大了梁体在地震作用下碰撞的可能性,确定隔震梁桥邻跨间避免地震碰撞的最小间隙对于桥梁减隔震措施的设计有着显著意义.以隔震连续梁桥梁端相对位移为研究对象,通过桥梁结构拆分,运用振型分解法推导梁体在地震作用下相对位移的最大值反应谱计算方法.采用等效双线性铅销橡胶支座模型,通过迭代计算梁端相对位移并分析SRSS和CQC振型组合法适用性.采用非线性时程分析法计算连续梁的相对位移,验证了反应谱方法预测梁端地震临界间隙的可行性.结果表明:地震作用下梁端相对位移与相邻结构的周期和阻尼比有关,梁端采用CQC组合的反应谱方法能较好预测梁体在地震作用下梁体避免碰撞的临界间隙.提出了基于反应谱方法隔震桥梁间隙设计方法,可供设计人员参考.     

近场速度脉冲地震下摩擦摆式(FPS)支座的隔震特性分析

随着公路桥梁的建设和隔震技术的发展,近断层隔震桥梁的抗震性能研究十分必要.该文以一座4跨连续梁桥为例,通过非线性时程的方法,探讨了连续梁桥在近场地震作用下桥梁的减隔震特性及参数变化规律,分析研究结果表明:采用隔震技术后,在近场地震作用下仍具有有效的减震效果;墩底弯矩随支座半径的增加而减小,支座位移随支座半径的增加丙增加;存在某个特定的摩擦系数μ使墩底弯矩最小,墩顶支座位移随摩擦系数μ的增加而减小,一定程度不太敏感.     

地震动特性对隔震桥梁的影响

为了考虑地震动三要素对隔震桥梁的影响,以某3跨连续隔震桥梁为工程背景,选取10条不同特性的地震波,计算了该隔震桥梁的梁体位移和墩底弯矩等关键参数。结果表明,地震动的三要素对隔震桥梁有着不同的影响。地震动的频谱特性和有效加速度峰值对隔震桥梁影响较明显,而地震动的持续时间对隔震桥梁的影响不太显著。     

跨断层独塔斜拉桥的非线性地震响应特性研究

跨越活动断层的桥梁结构面临地震时断层错动的严重威胁。为合理模拟跨断层地震动的滑冲效应脉冲，基于近断层脉冲型地震动的分解-叠加方法，发展了一种可体现场地高频特征的跨断层地震动合成方法。首次采用最大位移与永久位移之比作为波形参数，基于搜集的96条包含永久位移的地震记录，建立了波形参数与脉冲参数之间的联系。结果表明：所建议方法可以准确地对实际跨断层地震动进行模拟。选取某引桥跨越断层的深水独塔斜拉桥为对象，研究了三向地震动作用下断层跨越角度、断层永久位移、断层最大位移对斜拉桥非线性动力响应的影响规律。结果表明：断层跨越角度对斜拉桥及其引桥地震响应的影响显著，90°左右（60°~105°）跨越断层时主塔的整体安全性更高，这是由于此时脉冲效应主要方向与主塔底抗弯能力较强的方向相一致，主塔的受力分配更为合理，可避免塔底进入强烈的双向非线性受弯状态；同时，90°左右跨越时，跨断层跨的落梁风险最小；随着断层永久位移的增大，主塔响应小幅增长，而墩梁相对位移则明显增大；最大位移与永久位移比表征了平行断层地面运动动力分量与拟静力分量的比例，主塔塔底响应及墩梁位移均随其增大而明显增大，且小角度跨越时跨断层简支梁具有较大的落梁风险。     

近断层地震作用下隔震梁桥地震响应参数影响研究

为了研究近断层地震作用下高阻尼橡胶(HDR)支座隔震梁桥在不同设计参数下的隔震效果,采用SAP 2000软件建立HDR支座隔震简支梁桥的等效单墩模型,选取典型近断层地震动记录作为输入地震波,分析桥墩高度、桥墩质量和等效隔震度对HDR支座隔震梁桥地震响应的影响。结果表明:HDR支座具有良好的隔震效果;桥墩越高,隔震后的墩顶位移峰值越大;HDR支座能有效降低低矮桥墩的近断层地震响应,但当墩高超过35m或桥墩质量增大后,HDR支座的隔震效果就降低;等效隔震度越大,HDR支座的隔震效果越好;桥梁采用HDR支座进行隔震时,应保证等效隔震度大于3.0。     

强震区大跨径混凝土梁桥合理抗震体系研究

该文以海南龙塘南渡江大桥为工程背景,建立该桥的三维有限元动力模型,首先介绍地震动输入的选取和有限元模型的建立,其次讨论摩擦摆式减隔震支座不同的设计参数(支座半径)对桥梁地震响应的影响,得出适合该桥的最优支座参数;最后对比分析常规约束体系、摩擦摆式支座减隔震体系及刚构桥体系3种不同约束结构下的桥梁地震响应。结果表明:在横向或纵向地震输入下,摩擦摆式支座可以有效降低地震内力响应,还能将实际的位移响应控制在合理范围内,证实了该体系对于该桥的有效性。