梁端碰撞效应对大跨高墩连续刚构桥易损性影响

西部山区连续刚构桥的主桥常常是高墩大跨,主桥与桥台或引桥的纵向刚度差异较大,导致在地震作用下,主桥与其两端的引桥(台)的动力响应不同步,从而发生梁端碰撞。以某大跨高墩连续刚构桥梁为背景,基于OpenSees平台建立其非线性有限元模型,选取100条实测随机地震动,引入拉丁超立方抽样、云图法以及概率地震需求模型基本理论,考虑梁端可能的碰撞作用,计算桥梁主要构件的地震易损性曲线,选用串联模型进行桥梁系统易损性分析,研究桥梁梁端碰撞效应对桥梁易损性的影响。研究结果表明:梁端碰撞作用对桥梁结构不同构件有不同的影响,考虑碰撞效应可以降低桥梁系统的损伤概率。     

地震动输入方式对铁路大跨系杆拱桥地震反应的影响

以某铁路大跨钢管混凝土系杆拱桥为研究对象,建立了全桥空间动力计算模型,进行了桥梁动力特性分析,应用反应谱法讨论了地震动输入方式(单维、双维及三维)对大跨拱桥弹性地震反应的影响。结果表明:竖向输入地震动对拱肋的轴力及面内弯矩、剪力影响较大,但对面外剪力及弯矩影响较小;顺桥向或横桥向单独输入地震动时,面内及面外内力存在较明显的耦合效应;对于多孔大跨拱桥,建议同时输入三维地震动进行地震反应分析。     

基于增量动力法的隧道衬砌地震响应及强度参数分析

为了将IDA(Incremental Dynamic Analysis)方法更优化的用于公路隧道衬砌抗震性能分析,选择合理的地震动参数是保证IDA结果可靠的前提。采用增量动力法对隧道衬砌在不同强度地震作用下动力响应进行讨论,并对地震动强度参数进行有效性分析。结果表明:不同地震动参数得到的隧道IDA曲线之间离散性差别较大。通过离散系数法比较可知,以PGA为地震动强度参数得到的IDA曲线离散系数小于以PGV和Sa作为地震动强度参数时的离散系数;通过分位数曲线法比较可知,相对于PGV及Sa表示的分位数曲线,在PGA表示的分位数曲线中,16%分位数和84%分位数曲线相对于50%分位数曲线的偏差较小。因此PGA表示的IDA曲线整体集中度较好,其在隧道IDA分析中更为有效。     

近断层脉冲效应对高墩桥梁地震响应的影响

以一典型山区高墩桥梁为原型,利用ANSYS建立数值分析模型,采用能量识别的方法从台湾集集地震中选出脉冲和非脉冲地震记录各10条,对该算例桥梁进行了地震响应分析,对比分析了近断层脉冲效应对高墩桥梁地震响应的影响。研究结果表明:山区高墩桥梁墩高相差较大,主桥和引桥动力特性差异明显,地震作用下二者存在明显的不同步振动;由于近断层脉冲效应的影响,前场方向性效应产生的速度脉冲会对长周期段的反应谱产生明显的放大效应;近断层脉冲地震动将显著增大高墩桥梁的地震响应,相同的峰值加速度下最大改变率可达到21.0%。     

单薄壁空心矩形墩连续刚构桥非线性稳定研究

研究目的:随着我国交通事业的迅猛发展,全国修建了大量的高墩大跨连续刚构桥,由于该类桥梁墩身高、跨径大,施工过程中的非线性稳定问题非常突出,因此本文以一典型单薄壁空心矩形墩连续刚构桥——王家坝大桥施工监控项目为依托,研究单薄壁空心矩形墩连续刚构桥的非线性稳定性,分析对比各施工阶段下桥梁的稳定特征值和非线性极限荷载值。研究结论:(1)特征值屈曲计算求得的荷载为桥梁结构极限稳定荷载的可靠上限;(2)考虑几何非线性、材料的非线性以及初始缺陷等因素影响的非线性稳定分析得出的荷载,更符合实际情况;(3)最高墩最大悬臂施工工况为高墩施工中稳定最不利工况;(4)本文研究结论可为高墩大跨连续刚构桥的施工监控、设计和理论研究提供参考。     

地震作用下高墩大跨连续刚构桥几何非线性影响研究

以考虑结构的几何非线性的地震响应分析方法对某山区高墩大跨连续刚构桥进行地震响应分析,并与该桥几何线性地震响应结果进行了对比。结果显示：地震输入方向为纵向+竖向时,是否考虑几何非线性的计算结果基本一致;而地震输入方向为横向+竖向时,是否考虑几何非线性的计算结果差异很大,指出桥梁横向刚度及桥梁曲线结构是两种计算结果发生差异的主要因素。所以,对横向刚度较弱或带有曲线梁段的桥梁进行抗震计算时,建议考虑几何非线性的影响。     

减震榫对近场高烈度区大跨铁路连续梁桥抗震性能影响分析

为研究减震榫在近场地震下对高墩大跨铁路连续梁桥抗震性能的影响,基于弹塑性力学、材料力学等理论,建立减震榫本构模型与力学性能指标计算方法,以近断层高烈度区某典型高墩大跨非规则连续梁为工程背景,开展典型铁路桥梁抗震性能研究,利用Midas软件建立考虑减震榫的非规则桥梁空间有限元模型,研究减震榫设计参数对大桥地震响应的影响。研究结果表明:在近场地震作用下,减震榫可使大跨连续梁桥墩底内力和墩顶位移的减震率达到35%,能较好地耗散地震能量,有效降低桥墩内力并起到限位作用,减震榫对高墩大跨铁路连续梁桥具有良好的适应性。     

考虑实际场地的矮塔斜拉桥非线性地震响应分析

为研究场地条件对矮塔斜拉桥非线性地震响应的影响,明确空间变异场地条件对矮塔斜拉桥抗震性能分析的重要性,采用不同场地条件下的抗震设计反应谱作为目标谱,从PEER数据库选择与不同场地反应谱兼容的实测地震记录。以一座主跨为176 m的矮塔斜拉桥为例,基于OpenSEES建立三维非线性有限元模型,对该桥梁进行一致激励和多点激励下的非线性地震响应分析,详细研究空间变异场地条件对矮塔斜拉桥抗震性能的影响。研究结果表明:在一致场地条件下,随着场地变软,矮塔斜拉桥的地震响应逐渐增大,与硬场条件相比,中硬场地和软场地震作用下,塔顶位移将分别增大1.80和3.93倍;不规则场地条件引起的地震动空间变异性使得矮塔斜拉桥的地震响应显著增大,即使与一致场地条件下的最不利的情况相比,实际场地条件下的桥梁结构的地震响应都比其增大84%;在矮塔斜拉桥抗震设计时应当充分考虑空间变异场地条件的影响,采用一致场地条件对矮塔斜拉桥进行抗震性能分析时将低估桥梁的地震需求。     

基于IDA的铁路超高墩地震易损性分析

为探究铁路超高墩结构的抗震性能并对其在双向水平地震作用下的易损性进行评估,以西部山区某高速铁路超高墩结构为研究对象,根据结构自身动力特性,以材料应变状态对应的截面曲率作为损伤指标,描述其不同的损伤破坏状态并确定不同损伤状态所对应的指标限值。基于IDA方法,从PEER数据库中选取10组远场地震动作为双向地震动输入样本,以ANSYS为平台建立超高墩有限元模型进行非线性动力时程分析,得到不同强度地震动对应的结构地震响应。结合能力需求比的对数回归分析,建立超高墩各控制截面的概率地震需求模型对其易损性进行评估,并采用一阶界限法计算超高墩整体损伤概率并建立易损性曲线。结果表明：H形双柱式薄壁空心超高墩在强震作用下各部位均会发生一定程度的损伤,其中墩底部位损伤最为严重,在PGA为1.0g时墩底部位轻微损伤、中等损伤和完全损伤的超越概率分别为98.71%、96.92%和36.02%;结构完全损伤概率较小,满足三水准抗震设防要求并具有良好的抗倒塌能力;易损性分析能够准确地反映超高墩的真实抗震性能,为实际工程中既有超高墩的震后损伤加固或新墩设计提供理论依据。     

考虑场地类别和地震动特征周期分区的A_y-D_y格式地震需求谱

非线性反应谱是基于性能抗震设计理论中亟待解决的基础性课题之一。Ay-Dy格式地震需求谱的特点是,过原点的射线与不同屈服强度系数的需求谱曲线相交,各个交点对应的周期都相同,从而为在结构基于位移抗震设计方法中实现多级性能目标提供方便。本文将4种场地类别上的434条地震记录,按《高架桥梁抗震设计》场地类别和地震动特征周期分区的要求分为12组,通过对单自由度体系的时程分析,得到基于场地类别和地震动特征周期分区的Ay-Dy格式地震需求谱;研究结构强度水平、周期、场地类别及地震动特征周期分区等因素对需求谱的影响;通过非线性回归分析得到不同场地类别、不同特征周期分区和不同强度水平下的回归表达式,可用于结构非线性位移的解析计算。最后,通过算例说明运用本文成果进行设计的过程,并与已有文献结果比较,证明本文研究的正确性。     

高墩大跨连续刚构铁路桥抗震可靠度分析

考虑结构参数随机性的动力可靠度是桥梁抗震研究中的重要问题.本文基于随机分析的响应面理论和规范反应谱方法,提出一种分析具有随机结构参数桥梁抗震可靠度的方法.通过拟合的多项式函数来近似替代表示结构随机输入与输出变量之间作用关系的功能函数,按照结构的破坏准则及其极限状态方程,进行可靠度分析.运用该方法研究高墩大跨连续刚构桥在地震激励下设计基准期内的动力可靠度,分析时考虑结构参数和场地土的随机性,分别计算连续刚构在多遇地震、设防地震和罕遇地震作用下的失效概率,得到结构在设计基准期内,"三水准设防标准"条件下的地震可靠度.结果表明,该桥设计满足抗震规范要求.     

渝昆高铁典型连续梁桥地震易损性分析

为评估渝昆高铁典型三跨连续梁桥的抗震性能,基于概率地震需求分析方法对该桥进行理论地震易损性分析。选取渝昆高铁沿线实测地震动记录作为地震输入,考虑桥梁参数的不确定性,采用拉丁超立方抽样方法生成桥梁有限元模型样本库。基于增量动力时程分析方法,通过对桥梁样本库进行非线性时程分析,获得了各构件地震响应峰值,通过峰值响应与地震动峰值加速度的线性回归分析建立构件地震需求模型。进一步对比研究安装普通球型钢支座与双曲面球型减隔震支座桥梁的地震易损性曲线。研究结果表明:减隔震支座可有效降低制动墩易损概率,优化墩高不等的非规则桥梁结构的抗震性能。其研究方法与结论可为非规则连续梁桥抗震设计提供参考。     

基于简化模型的不等高墩CRTSⅡ板式无砟桥-轨系统地震研究

为研究高速铁路CRTSⅡ板式无砟轨道-桥梁系统中不等高墩桥跨SUHP(Span of Unequal Height Pier)在地震作用下的地震响应特性,提出一种高速铁路CRTSⅡ板式无砟轨道-桥梁系统简化分析模型,结合不同工况下的多个算例对比分析全桥精细有限元模型和简化模型的地震响应计算结果,验证所提出的简化分析模型的有效性。基于简化分析模型,研究SUHP位置对高速铁路轨道-桥梁系统地震响应的影响规律,获取SUHP对高速铁路轨道-桥梁系统地震响应最不利的位置,分析SUHP在最不利位置下墩高比对高速铁路轨道-桥梁系统地震响应的敏感性,得到了5跨、7跨和9跨高速铁路轨道-桥梁系统地震响应参数随墩高比增加的变化规律。研究结果表明：提出的简化模型既可准确分析不等高高速铁路轨道-桥梁系统在地震作用下的全桥动力响应,又可对其任意桥跨进行局部分析,且具有较高的计算效率和精度;不等高墩桥跨显著增大了高速铁路轨道-桥梁系统的地震响应,地震作用下SUHP在轨道-桥梁系统中的最不利位置位于中间跨处;高速铁路轨道-简支梁桥系统的主梁最大位移、钢轨最大位移、普通墩的墩底剪力均随桥梁跨数及特殊墩墩高比的增大而显...     

近场具有脉冲地层运动的单自由度双线性结构残余位移比谱

遭受近场具有脉冲地层运动的桥梁由于非线性变形桥墩会产生残余位移,给桥梁震后的维修和重建带来困难。运用BISPEC程序,选择45条近场具有脉冲地震记录,进行不同基本周期、延性系数、双线性因子的单自由度双线性结构的时程响应及残余位移比分析。结果表明:不同地震动作用下,单自由度双线性结构的残余位移的离散性很大;场地类型、结构周期和位移延性对残余位移比的影响不大,双线性因子对残余位移比的影响很大;双线性因子大于0.1时残余位移比很小,双线性因子从0.1变到-0.1时残余位移比迅速增加,双线性因子小于-0.05后,残余位移比接近1。针对单自由度双线性结构的设计,提出近场具有脉冲地层运动的残余位移比谱。应用该谱的工程实例分析结果与非线性时程响应的分析结果吻合较好。     

高速铁路大跨矮塔斜拉桥地震主导振型识别

研究目的:为探明高速铁路矮塔斜拉桥地震响应特性,以某主跨(90+180+90) m矮塔斜拉桥为工程背景,基于理论推导及非线性有限元分析,采用平均模态应变能系数为指标,开展该桥型地震作用下主导振型识别,研究其动力特性。研究结论:(1)平均模态应变能系数能同时考虑结构及地震动特性,可作为矮塔斜拉桥振型识别指标,具有高效、精确等特点;(2)梁式体系矮塔斜拉桥在x和z方向主导振型较y方向敏感,反映出结构在这两个方向的动力效应更显著;(3)振型分解反应谱法和时程分析对比可得出,考虑主导振型组合能满足实际工程需求,桥梁主导振型识别对掌握结构地震响应特性具有重要意义,可为地震损伤分析、桥梁减隔震设计等提供依据。     

高烈度山区场地非线性效应对连续刚构桥地震响应的影响分析

为了研究高烈度山区地震场地非线性效应及其对连续刚构桥地震响应的影响,选取具有代表性的20条地震波,基于土层分析软件Deepsoil和通用有限元软件ANSYS,计算分析等效线性和非线性两种模型的场地效应和桥梁结构地震响应。结果表明:(1)考虑非线性模型时地表PGA放大系数比等效线性模型时更大,且土层越柔软,非线性模型下的地表PGA放大系数越大。小震、大震作用下的放大系数依次为1.5~3.5、1.3~1.7,呈减小趋势。(2)随着地震动强度增大,两种模型得出的土层峰值加速度随土层深度变化趋势逐渐出现差异,且非线性整体大于等效线性。在大震作用下,非线性约为等效线性的1.36倍;在软弱土层处更明显,约为1.54倍。(3)小震作用下,两种模型计算得出的地表加速度反应谱接近,呈现一致的变化规律。大震作用下,非线性模型得出的反应谱起伏变宽,峰值变大。(4)非线性得出的桥墩底剪力和弯矩均方根值约为等效线性的1.37倍,因此采用非线性模型考虑场地效应对结构响应影响较大。     

大跨斜拉桥减震控制分析

研究目的：对设置阻尼器的斜拉桥进行地震反应数值模拟，为半主动控制和被动控制在大跨斜拉桥减震中的应用提供理论指导。研究方法：以一座大跨斜拉桥为实例，通过建立其有限元模型计算分析主动控制、半主动控制和被动控制对飘浮体系斜拉桥的减震效果，并分析地震行波效应对斜拉桥地震反应的影响。研究结论：半主动控制和被动控制对该斜拉桥的大部分地震反应均能取得良好的控制效果，但是使得桥梁塔底剪力等部分地震反应增大；不同频谱成分的地震动输入显著影响斜拉桥的地震反应和控制方法的减震效果；行波效应对斜拉桥主梁具有不利影响，但对桥塔抗震有利，并且对3种控制方法减震效果的不利影响很小。     

隔震连续梁桥系统能量反应影响因素分析

采用铅芯橡胶支座减隔震装置,基于有限元方法,建立了三跨连续梁桥的减隔震动力分析模型,并选取了40条实际地震波作为地震输入,对隔震连续梁桥系统进行了非线性地震反应能量分析,研究了地震动特性(PGA)对系统地震输入总能量的影响规律和隔震系统主要动力参数对连续梁桥的能量分配影响规律,取得了一些有价值的研究成果。     

简化的能力谱方法在桥梁结构中的应用

为研究简化的能力谱方法的计算精度,通过一座连续桥梁的实际算例,给出简化能力谱方法的具体应用过程。建立简化横向单墩计算模型,用SAP2000有限元程序对模型进行推导分析,得到能力谱曲线;将三条不同地震记录对应的反应谱曲线转化为ADRS格式的需求谱曲线,并与得到的能力谱曲线绘于同一坐标系下,两种曲线的交点即为结构在相应地震动下的弹性响应,继而求得结构相应的非弹性响应。用非线性时程分析方法对同一计算模型及三条地震动加速度纪录进行分析,与采用简化的能力谱方法下得到的计算结果进行比较,从中看出:简化的能力谱方法可以用较少的计算工作量得到比较精确的结构非线性响应;在该方法中采用 μ T关系式,会得到不同精度的计算结果。不同的Rμ     

基于IDA方法的地铁车辆基地TOD开发全框支剪力墙结构抗震性能评估

全框支剪力墙结构因上部塔楼剪力墙完全不落地而存在竖向构件不连续、刚度突变、大底盘多塔等不规则项，为综合有效评估此种超限结构的抗震性能，基于增量动力分析(IDA)方法得到不同地震烈度下结构最大层间位移角分布情况，并将结构性能水准划分5个等级，最终分析其地震易损性和损伤风险性。研究结果表明，结构随地震动峰值加速度(PGA)增大逐渐屈服并最终倒塌，不同地震记录时结构IDA曲线具有明显离散性；结构在7度多遇地震作用下处于正常使用性能水准的概率为97.914%,罕遇地震作用下结构倒塌的概率仅为0.053%;生命安全和接近倒塌性能水准对应的PGA中位数分别为1.287g和1.411g,远高于预估罕遇地震PGA;结构正常使用、基本可用、修复可用和接近倒塌性能水准50年超越概率分别为4.89%、1.74%、0.112%和0.046%。综上所述，结构满足预设抗震性能目标，具有良好的抗震性能及抗倒塌能力。