地震作用下高速列车-线路-桥梁系统动力响应

为分析地震对高速列车通过桥梁时行车安全性的影响,基于高速铁路列车-线路-桥梁动力相互作用理论,建立了考虑地震输入的高速列车-线路-桥梁耦合动力学模型.以跨度32 m的简支箱梁桥和双块式无砟轨道为研究对象,对地震作用下高速列车通过桥梁时系统的动力响应进行了数值计算.结果表明:地震对高速列车-线路-桥梁系统动力响应的影响明显,对桥梁横向振动响应的影响大于对竖向振动响应的影响;地震会降低高速列车通过桥梁时的行车安全性和运行平稳性———在水平1.0 m/s2,竖向0.5 m/s2的规格化El Centro地震波作用下,当列车运行速度超过250 km/h时,轮重减载率超过了安全限值;当列车运行速度达300 km/h时,脱轨系数超过了安全限值.因此,评判地震作用下高速列车通过桥梁时的行车安全性,应考虑行车速度的影响.     

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.      

浦东国际机场北通道工程高墩桥梁抗震分析

以浦东国际机场北通道高墩桥梁为背景,研究了高墩连续梁桥在地震荷载作用下的桥梁动力反应。本文首先分析了直接影响结构动力响应的自振特性,从中总结高墩桥梁的特点,然后采用时程分析法分析结构地震响应。     

列车与刚梁柔拱组合系桥系统的地震响应分析

主要讨论地震荷载作用时车桥系统的动力响应特征及对行车稳定性的影响。建立了地震作用下综合考虑输入地震波，轨道不平顺和车辆蛇行运动的车桥体系振动的动力分析模型，推导了体系动力平衡方程组。通过对系统输入各种典型的地震波，在计算机上模拟了列车过桥的全过程动力响应。计算了桥梁的线性和非线性响应，研究了列车荷载及桥梁下部结构刚度对地震响应的影响。以一座刚梁柔拱组合系桥为例，研究地震发生时桥上列车的运行稳定性和     

地震作用下列车-桥梁空间耦合系统动力响应分析

为了探究地震对高速列车和桥梁的影响,建立车辆-桥梁空间耦合系统模型。将规格化的地震波作为激励,同时考虑轨道随机不平顺的影响。采用新型显式积分法求解系统方程。分析不同烈度地震作用下车桥耦合系统的动力响应。数值结果表明,地震烈度在桥梁的抗震设防烈度范围内时,桥梁的振动加速度和挠度响应均符合规范的限值要求。车辆运行平稳性的Sperling指标相对加速度指标较为宽松,当地震烈度为7度及以上时,车辆已不能平稳地运行于桥梁之上。在相对较弱的地震作用下,轨道随机不平顺对桥梁的垂向加速度响应影响明显,不应忽略。     

高桥抗震性能分析与研究

在强地震作用下高桥墩桥梁的反应与低桥墩桥梁相比具有明显的非线性行为。对高墩桥梁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,以及高桥墩在地震作用下非线性行为的作用原理,为高墩桥梁的地震反应分析提供可以借鉴的方法。     

深水桥墩地震响应研究现状与展望

分析了地震激励下水-深水桥墩动力相互作用, 总结了动水压力作用机理、地震动水压力的计算方法和水-结构动力相互作用分析方法, 研究了深水桥墩地震响应特征和影响因素以及水下振动台试验进展, 并对比了各国规范中动水压力计算方法。研究结果表明: 动水压力降低桥墩自振频率, 增大桥墩地震响应, 其影响在桥梁的抗震设计中不可忽略; 现有研究采用的桥墩形式较为简化和单一, 建议开展更多以桥墩体系、桥梁体系为对象的深水桥梁地震响应研究; 对于地震作用下动水压力计算, 目前各国规范多基于Morison方程, 但对其适用范围尚不明确, 应深入研究Morison方程的适用范围、修正方法与准确便捷的地震动水压力计算方法; 目前水下振动台试验大多集中在动水压力对桥梁下部墩桩地震响应的影响上, 响应大多在弹性范围内, 应进一步研究在大震作用下深水桥墩的非线性响应与破坏模式; 目前针对深水桥墩在地震和波浪联合作用下的动力响应研究较少, 应深入研究在地震、波浪、海流联合作用下深水桥墩与水的相互作用机理; 目前缺乏对全桥结构的地震响应研究, 应开展深水桥梁全桥分析与多子台水下振动台试验。      

非规则连续刚构桥地震易损性分析

为探讨非规则桥梁的抗震性能,建立了典型非规则公路桥梁的地震易损性理论模型.考虑桥梁结构参数和地震动的不确定性,抽样生成桥梁地震易损性分析模型样本库.用OpenSees软件对模型样本库进行非线性动力时程分析,以获得结构动力响应.在研究桥墩反弯点时程曲线和桥墩曲率包络线分布特征的基础上确定桥梁构件的损伤指标.采用概率地震需求分析方法获得桥梁各构件易损性曲线,并基于一阶可靠度理论获得桥梁系统的易损性曲线.结果表明:在地震作用下,非规则桥梁支座最容易损伤破坏,桥梁系统的易损性明显高于桥梁构件的易损性;易损性曲线可用于评估非规则桥梁的抗震性能,为震后桥梁损伤识别提供依据.      

非一致地震激励下列车-轨道-桥梁耦合振动模型

为探讨行波效应对地震作用下高速铁路桥上列车行车安全性的影响,基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论,采用35个自由度的机车车辆模型、板式无砟轨道模型和桥梁有限元模型,通过引入地震多点激励模式,建立了非一致地震激励下的列车-轨道-桥梁耦合振动模型,并编制了相应的仿真分析程序.以跨度32 m的简支梁桥为例,输入El Centro地震波,计算了一致激励和行波激励下车桥系统的动力响应.结果表明:行波效应对耦合系统动力响应幅值的影响很大.当车速为350 km/h、行波速度为300 m/s时的脱轨系数、轮重减载率和轮轨横向力比一致激励分别降低84.1%、19.5%和87.8%.因此,忽略行波效应可能造成对地震时桥上列车行车安全的误判.      

地震作用下中小跨径桥梁的车桥振动响应分析

为研究移动荷载对梁式桥地震响应的影响,在研习大量文献的基础上,以某高速公路上一座四跨预应力混凝土连续箱梁桥为例,建立了合适的桥梁和汽车分析模型,详细分析了车辆荷载大小、车辆速度、车辆数量等因素对地震荷载作用下桥梁动力响应的影响。研究结果表明:车辆荷载、汽车数量和汽车速度对桥梁地震响应均有不同程度的影响,桥梁振动响应随着车辆荷载和汽车数量的增加呈现出先增加后减小的变化趋势;桥梁振动响应随着速度的增加不断减小。     

基于失效概率法的桥梁地震风险评估

为了研究地震破坏下高速铁路连续梁桥发生破坏的可能性,根据地震风险性（risk）为地震危险性（hazard）与易损性（fragility）乘积的定义,基于失效概率法,对高速铁路连续梁桥地震风险评估方法进行了分析.通过条带法建立桥梁地震需求模型,基于可靠度函数获得桥梁地震易损性曲线,拟合得到桥梁易损性概率密度函数;根据桥址处地震危险性资料,推导桥址处地震加速度概率密度函数;通过地震加速度概率密度函数与桥梁结构易损性概率密度函数的数值积分,实现桥梁地震风险概率评估.以一座（32+48+32）m高速铁路连续梁桥为例系统演绎了失效概率法桥梁风险评估的实现过程.研究结果表明:当地震危险性资料缺乏或不足时可以通过地震烈度分布函数及其与地震峰值加速度之间的换算关系,推导和完善地震危险性分析资料;对于高速铁路（32+48+32）m连续梁桥100年设计期间内发生轻微损伤的概率为5.16%,发生中等损伤的概率为4.46%,桥梁受到轻微损伤和中等损伤风险概率接近,几乎不可能发生严重损伤和完全破坏.      

基于可靠度的桥梁构件三维地震易损性分析

为了评估桥梁结构近场抗震性能,建立了桥梁构件的三维地震易损性分析流程. 基于工程结构可靠度理论,用构件三维失效曲面表征墩柱、支座构件的损伤状态,将包含多个单一损伤指标的损伤状态方程作为三维地震易损性分析的损伤指标;其次在既有墩柱弯曲和剪切失效曲面研究的基础上,构建了墩柱弯曲和剪切破坏的损伤状态方程;并基于支座地震损伤的相对变形,建立了支座损伤状态的方程. 在此基础上,构建了墩柱和支座三维地震损伤状态的判别准则,并对不同损伤状态进行了量化. 结合各国桥梁抗震设计规范和工程结构可靠度理论,最后实现了三维地震易损性的计算分析. 通过一维地震易损性的简化验证,表明所提方法可用于桥梁结构的地震易损性分析中,并且所得结果与PSDA （probabilistic seismic demand analysis）法的最大概率偏差小于4%.      

汶川地震桥梁易损性分析

为了评估汶川地区公路桥梁系统地震损失风险,基于汶川地震桥梁震害调查,建立了桥梁地震易损性统计模型.采用修正后的汶川地震衰减模型,对桥址处地震动参数PGA进行了估算.假设易损性函数为双参数对数正态分布函数,采用两种不同的统计方法并结合震害调查,运用极大似然法对参数进行估计,得到轻微破坏、中等破坏、严重破坏、完全损毁4种损伤状态对应的桥梁地震易损性曲线.依据桥梁类型和桥梁线形对全体桥梁样本进行分类,针对分类后的桥梁样本子集建立各自独立的地震易损性曲线.对统计结果进行拟合优度检验,结果显示显著性水平在10%以下,计算得到的易损性函数不能被拒绝.     

连续刚构桥地震反应分析

根据功能要求、使用情况等确定抗震设防标准及设防目标,对拟建连续刚构桥建立全桥整体分析模型,选定不同概率水准的参数,采用纵向+竖向、横向+竖向的方式作为地震动输入,以寻求结构在纵、横向地震作用时各桥墩的内力分布规律,综合分析评价桥梁抗震性能.反应谱法计算结果表明:该桥具有足够的抗震能力,可以满足预期的设计性能.建议应更深入开展基于性能的抗震理论研究,并逐步将该方法应用于桥梁抗震设计.     

结构动力抗震可靠度理论的研究进展

从状态变量模型、基本变量模型和实用简化模型3个方面,对结构动力抗震可靠度理论的研究进展系统地进行了总结与评述.针对状态变量模型,结合随机振动理论,将随机振动分析方法分为两类:第1类是面向数字特征的方法,主要解决结构的随机反应从基本随机变量空间到状态变量空间的统计矩演化问题;第2类是面向概率密度的方法,主要解决结构的随机反应从基本随机变量空间到状态变量空间的概率密度演化问题.分别评述了两类方法中的代表性方法:等价线性化方法和概率密度演化方法.针对基本变量模型,分别总结了考虑系统参数随机性的结构动力抗震可靠度分析方法,以及将动力可靠度问题转化为静力可靠度问题的理论和方法,对近年来提出的尾部等效线性化方法、子集模拟法、等价极值法等进行了对比分析.针对实用简化模型,总结评述了3种方法:基于随机地震动模拟-确定性时程分析的直接方法、基于一致危险性反应谱和等效非线性体系的简化方法、基于可靠度简化解析表达式与数值模拟的半解析方法.最后,对新近提出的结构整体抗震可靠度理论及其存在的问题进行了归纳分析,并从地震作用的输入模型、主要失效模式的搜索、结构的破坏准则、结构失效模式的多重性、结构的整体极限状态方程等方面给出了研究建议.      

地震动入射角对空心薄壁高墩桥梁地震易损性的影响

为了充分评估空心薄壁高墩大跨桥梁结构的抗震性能, 以中国西部某四跨高墩刚构-连续组合体系桥梁作为研究对象, 基于三维地震易损性分析方法, 计入竖向地震动的影响, 结合现行桥梁抗震设计规范, 采用增量动力分析方法讨论了水平地震动入射角对桥梁构件地震易损性的影响; 依据一阶可靠度理论分析了地震动入射角对桥梁结构系统易损性的影响规律。研究结果表明: 2#、3#刚构桥墩的弯曲和剪切易损性云图与1#、4#悬臂墩的弯曲和剪切易损性云图差异明显, 桥墩弯曲和剪切的地震易损性不仅与地震动入射角有关, 还与桥墩结构形式有关; 支座在轻微损伤、中度损伤、重度损伤及完全损伤状态下的损伤概率分布相似, 地面峰值加速度为0.4g时, 最大损伤概率的地震动入射角为0°和180°, 当地面峰值加速度大于0.6g时, 轻微损伤和中度损伤的最不利入射角为0~180°, 支座变形的最不利地震动输入方向主要为纵桥向和横桥向。由此可见, 各关键构件的不同损伤指标下的损伤概率随地震强度、方向变化的规律各不相同; 不同损伤指标下系统及各构件的最不利地震动入射角及其区间数量和范围也各不相同; 仅讨论纵桥向或横桥向构件地震易损性不能合理评估桥梁结构的实际抗震需求, 采用三维地震易损性分析方法能准确定位最不利地震动入射角, 实现高墩大跨桥梁结构抗震性能的准确评估。      

拟静力分量对列车-轨道-桥梁系统地震响应的影响

为探讨结构拟静力分量对地震作用下高速铁路桥上列车行车安全性的影响,考虑路基和桥梁地震力边界条件,分别采用相对运动法和大质量法,在相对坐标系和绝对坐标系下处理地震力边界条件,建立了不同坐标系下的列车-轨道-桥梁系统地震响应分析模型.以跨度48 m+580 m+48 m的刚构-连续组合梁桥为例,分析了结构单向和三向拟静力分量对列车-轨道-桥梁系统地震响应的影响.结果表明:结构横向拟静力分量将显著增大桥梁横向位移、钢轨横向位移、列车脱轨系数和轮重减载率,而纵向、竖向拟静力分量的影响甚微;同时考虑结构的三向拟静力分量时,列车脱轨系数和轮重减载率均显著增大,且其相对误差随列车速度提高而增大,最大达30.5%和22.2%.因此,不考虑结构拟静力分量在列车速度较高时将严重低估车辆的动力响应,对桥上列车的行车安全性造成误判.      

某公路大桥引桥抗震性能研究

根据某大桥引桥的结构特点,建立了空间动力计算模型,研究了结构动力特性;应用反应谱分析方法和非线性时程方法,研究了某特大桥引桥在E1和E2地震作用下的地震反应,并对E1和E2地震作用下的抗震性能进行了验算。