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。      

深水桥墩在地震作用下的动力响应分析

针对在地震作用下处于深水中的桥墩受到较大的的动力影响,导致结构产生较大的变形和应力,对整个桥梁的安全性造成严重的破坏。重点分析了以有限元理论为基础的数值分析法,并结合某桥的桥墩实例,利用ANSYS有限元软件建立模型,输入调整后的Taft地震波,采用时程分析方法对其进行地震反应分析。计算数据表明：有水工况下墩顶的位移和桩底应力较无水时均有明显的增加,最大位移和最大应力也发生在考虑水的作用下的工况下。在地震作用的作用下,深水桥墩的内力和位移时程图的衰减速度也要慢于无水时的工况,水对桥墩的动力响应起着不良作用。     

隧道爆破地震下输气管道动力响应数值试验

为合理确定爆破地震作用下埋地输气管道安全振动控制标准,明确管道运行参数对其动力响应的影响规律.以下穿既有输气管道的隧道爆破工程为背景,基于非线性动力有限元模拟方法和正交试验原理进行输气管道动力响应数值试验,按照极差分析方法确定埋地管道直径、厚度、管道埋深、管道与隧道净距、运行内压等5个因素对管道应力与振速响应特征的影响次序.研究结果表明:管道最大主应力峰值主要受管道内压、壁厚影响,并与管道内压呈明显的线性关系;爆破地震作用下运行内压为7 MPa管道的最大主应力峰值为290.73 MPa,其最大拉应变为0.001 4,小于管材的极限弹性应变0.002 3;输气管道的动力响应特征主要与管道的结构有关,爆破地震引起的管道动应力小于管道容许应力的6%;输气管道的最大动应力可采用空管的动态最大主应力峰值与其有压时的静态主应力的叠加值估算.     

随机地震激励下高墩桥梁碰撞可靠度分析

为了研究不同地震动强度作用下高墩桥梁的碰撞可靠度的不同,在频域范围内提出了一种以虚拟激励法为基础的动力可靠度计算方法,依托某高墩大跨度桥梁为工程背景,分析了高墩桥梁在不同地震强度下的碰撞可靠度.选择反应谱的水平加速度作为地震强度衡量指标,且将不同强度指标的反应谱转化为相应的功率谱;利用虚拟激励法求解随机振动方程,得到结构响应的均值与均方差值,再基于Davenport理论获得结构峰值响应的期望和标准差;根据首次超越理论计算梁体碰撞可靠度.研究表明:地震动加速度小于0.22g时,梁体之间不发生碰撞,动力可靠度为1.0;加速度大于0.22g时,梁体碰撞动力可靠度下降明显,即在强震作用下,梁体发生碰撞.      

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.      

考虑几何非线性的长输管线地震响应分析

采用时程分析法对地震作用下长输管线的动力响应进行分析,并探讨了管线悬跨段长度、地震强度、几何非线性等因素对其地震响应的影响.结果表明,地震作用下,管线的位移和应力响应曲线随时间的变化趋势基本一致;较长管线的振动周期较长;当地震强度较大、管线较长时,管线考虑大变形和不考虑大变形的地震响应存在较大差异.     

考虑边界土体性质悬浮隧道地震响应分析

悬浮隧道地震响应研究是确保该新型交通结构物安全的重要内容,现有的研究往往忽视了驳岸结构的影响,将其简化为铰支、固支等简单约束形式。考虑了悬浮隧道驳岸结构周围岩土性质对其边界条件的影响,研究在横向地震作用下悬浮隧道的地震响应特性;采用大质量法,以Messina海峡悬浮隧道方案为基本模型,结合我国东部海域海床岩土性质,计算得到了地震作用下悬浮隧道管体位移、弯矩、扭矩和锚索索力,并对驳岸段长度Lsh和粘性土剪切模量G进行了参数分析。研究表明,悬浮隧道管体最大位移和弯矩出现于跨中、最大扭矩出现于两端、索力增量最大值出现于短索;弹性支撑有利于管体受力,但不利于锚索索力控制;驳岸段计算长度和粘土剪切模量的变化会对悬浮隧道地震响应特性带来显著影响,且影响规律较为复杂,可能与悬浮隧道结构动力特性、地震波的特性等相关参数具有耦合关系,需要进一步的研究探索。     

航天器发射塔风振响应分析

结合高75m的某钢结构航天器发射塔,通过ANSYS软件,采用频域法对结构在顺风向风荷载作用下的动力响应进行分析计算。通过考虑结构的不同阶振型,计算不同情况下节点位移响应根方差。对结果进行分析比较,得出不对称复杂结构,在计算风动力位移响应时,仅仅考虑第一阶振型是不够的,必须综合考虑多阶振型对结构的影响。     

动水压力对连续刚构桥梁地震响应的影响

为了研究地震作用下深水薄壁空心桥墩内外域水体动水压力对连续刚构桥梁动力响应的影响,应用流固耦合有限元理论,考虑重力、纵向预应力和动水压力,建立了庙子坪岷江大桥连续刚构桥梁的计算模型,并采用实测的地震波进行计算.结果表明:动水压力对连续刚构桥梁自振频率和振型的影响不大,前30阶频率降低率最大值约为8％,箱梁各部分横向位移峰值增量在10％～20％之间,主墩内力峰值增量最大值约170％,箱梁内力峰值增量最大值约75％;地震加速度、桥墩入水深度是影响动水压力的重要因素.     

顶置水箱对高层建筑地震响应的影响

为了研究顶置水箱对高层建筑结构的自振特性及动力响应的影响,在小扰动假设下,推导了流-固耦合系统自由振动的控制方程,阐述了自振频率和动力响应的计算方法.最后以一个14层框架结构为例,计算了在2种情况下的自振频率及地震响应,通过对比,验证了顶置水箱对高层建筑的减振有效性.