近断层地震反应谱特性分析研究

为明确近断层地震反应谱的特征及其与抗震设计规范中标准反应谱的差异,以此指导近断层地区桥梁的抗震设计,通过统计分析与对比,开展近断层地震特性的研究,选取126条具有典型脉冲特征的近断层地震波,并按照断层类型分为3类,分别计算地震反应谱,并求得平均谱值。将结果与我国规范反应谱及39条ATC63远场地震波反应谱进行对比分析。研究结果表明:长周期范围(1.5~9 s)脉冲型地震波的反应谱明显高于我国现行规范的规定和ATC63远场地震波,最大可达3.7倍。我国规范规定的反应谱用于近断层结构设计时偏于不安全;在3类脉冲型地震波中,正逆断层的脉冲反应谱最大,近断层桥梁抗震分析应输入正逆断层脉冲型地震;对长周期结构抗震分析,应考虑近断层因素的影响。     

铁路连续刚构桥近断层地震响应分析研究

研究目的:近断层地震动的加速度峰值(PGA)、速度脉冲等特征与远场地震有较大差异,对桥梁结构的破坏力更大。因此,为获得铁路连续刚构桥在近断层地震作用下的响应特点与破坏形式,以指导川藏铁路等近断层铁路桥梁的设计,本文以川藏铁路采用的典型连续刚构桥为对象,利用FRAME(3D)软件建立全桥有限元分析模型,开展铁路连续刚构桥近断层地震响应分析与破坏形式研究。研究结论:(1)有能量脉冲的、长周期成分丰富的近断层地震动对桥梁结构的破坏较远场地震更严重;(2)桥墩损伤程度与PGV/PGA的关系明显,其比值越大,破坏越严重,可将PGV/PGA作为判断地震动是否对结构产生严重破坏的重要指标;近断层地震动中,PGV/PGA0.2 s出现的比例高,桥墩损伤严重;(3)连续刚构桥在地震作用下的损伤主要集中在墩底、墩顶或系梁部位;(4)近断层桥梁结构抗震中,既要考虑断层地震脉冲式大功率输入的因素,又要考虑高强低周疲劳效应的累积损伤;(5)本研究成果可为近断层铁路连续刚构桥的设计建造与抗震设防提供技术支撑。     

隔震曲线桥地震响应影响因素分析

研究目的:由于近断层区域曲线桥的震害严重,为提高其抗震性能开始逐步采用隔震技术,因而有必要对近断层地震动作用下隔震曲线桥的地震响应进行影响因素分析,进一步优化近断层区域隔震曲线桥的设计。本文对采用摩擦摆支座的隔震曲线桥进行近断层地震动作用下的地震反应分析,研究曲率半径、桥墩高度和地震动输入方向对隔震曲线桥地震响应的影响。研究结论:(1)圆心角大于30°时,曲率半径对隔震曲线桥的支座和边墩的受力性能影响较大;圆心角小于30°时,隔震曲线桥可按照直线桥进行设计;(2)由于采用隔震技术,桥墩高度对下部结构桥墩的受力性能影响较大,而对隔震支座和上部梁体的影响较小;(3)对隔震曲线桥中的桥墩进行设计时应考虑最不利的地震动输入方向,可沿桥墩平面的法向输入地震动对桥墩进行地震响应分析;(4)本研究成果可为近断层区域隔震曲线桥的设计提供参考。     

近场地震动作用下山地隔震框架结构抗震性能

研究目的:近断层地震动具有明显的长周期高能量的速度脉冲,对隔震结构可能造成严重的破坏,我国大部分山地地区处于地震多发带,对于修筑其上的隔震建筑结构来说,对其抗震性能的研究显得尤为重要。本文通过筛选来自台湾集集地震的不同特性的近断层地震波,并对不同特性的近断层波进行频谱分析,引入多次透射边界以模拟场地的无限性,分别考察上盘效应、脉冲效应、向前方向效应以及滑冲切效应对山区多层接地基础隔震框架结构动力响应的影响。研究结论:(1)未调幅的上盘地震动作用下结构的地震响应大于下盘,调幅后却下盘大于上盘;(2)在含滑冲切效应脉冲、含向前方向性效应脉冲、无速度脉冲地震动作用下,结构的地震响应的大小关系为:含滑冲切效应脉冲含向前方向性效应脉冲无速度脉冲;(3)向前方向效应地震动断层法向分量作用下结构的响应明显大于断层平行分量地震动;(4)本文给出了近断层地震动特性对多层接地隔震框架结构地震反应影响的规律,对近震区山地隔震框架结构的设计具有一定参考意义。     

近断层高烈度地震区铁路简支梁桥减隔震方案研究

近断层地震往往给工程结构造成较大的破坏，现行《铁路工程抗震设计规范》对近断层、减隔震问题尚未考虑。以某近断层高烈度地震区铁路简支梁桥为研究对象，梳理了国内外相关规范对近断层桥梁抗震的要求，提出相应的减隔震设计原则、设防标准。采用MIDAS软件建立桥梁有限元模型，运用非线性时程分析方法，考虑近场地震特性，进行了基于双曲面球形减隔震、黏滞阻尼器减震以及新型回形钢阻尼减隔震支座的减隔震效果研究。研究结果表明，传统的铁路桥梁减隔震措施难以满足近断层桥梁抗震要求，回形钢阻尼减隔震支座具有位移大、阻尼力可调、养护维修少、安装方便等特点，对近断层高烈度地震区简支梁的减隔震设计适应性好。     

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。     

断层永久位移预测及断层悬索桥地震响应研究

断层错动诱导的地表破裂永久位移对跨断层桥梁结构会造成严重破坏,准确预测断层错位的永久位移对跨断层桥梁结构抗震性能评估具有重要意义。首先结合反向传播神经网络(BPNN)提出具有较高精度的断层错位量预测模型,然后通过低频成分叠加高频成分方法人工合成断层面两侧地震动(简称跨断层地震动),最后以某主跨为538 m的跨断层大跨钢桁架悬索桥为研究对象,利用有限元软件ABAQUS建立考虑桩-土相互作用(m法)的全桥计算模型,探究断层位置和跨越角度对悬索桥地震响应的影响。结果表明：基于BPNN提出的方法能精确预测断层位错永久位移,对比已有的回归公式具有更高的精度,为人工合成跨断层地震动的准确性提供了保障;断层相对位置会显著影响桥梁结构的地震响应,与近断层地震动作用相比,在跨断层地震动作用下,悬索桥的塔底剪力、弯矩、相对位移以及扭矩响应增加了22.79%、154.1%、139.36%和265.48%;断层跨越角度对悬索桥动力响应影响明显,其响应均以跨越角度θ=90°呈规律对称分布,塔顶纵向位移、塔底纵向弯矩、塔底纵向剪力以及塔底扭矩最大值均出现在θ=90°,分别为0.81 m、282.45 MN·m、3...     

大跨桥上无缝线路纵向地震响应研究

地震作用下大跨桥上无缝线路纵向响应的研究具有重要意义。以一座大跨桥梁为例,研究了一致激励下桥上无缝线路纵向地震响应,并对小阻力扣件铺设、梁体温差及地震波频谱特性对钢轨最大纵向力的影响进行了分析。得出结论:轨道约束对大跨桥梁结构的低阶纵向自振频率有较大的影响;地震作用下梁缝处钢轨最大纵向力比根据现有规范计算的钢轨最大伸缩力大很多,铁路工程相关规范应增加钢轨地震力检算这一指标;大跨桥上铺设小阻力扣件后,地震时钢轨最大纵向力会降低约20%~30%;穿越震区的大跨桥上无缝线路设计应合理考虑梁体温差的影响,并使桥梁结构低阶纵向自振频率有效避开场地处地震波的主频率段,否则地震发生时桥上无缝线路工作状态将会受到较大考验。     

高速铁路车站抗震计算的多维反应谱组合法

采用ANSYS软件分析天津西站Ⅱ区的结构特征,在传统随机振动算法中引入位移反应谱,结合水平向和竖向互功率谱表达形式的合理修正方法、沿结构整体坐标系方向功率谱、位移反应谱和传统三维平稳随机振动计算方法,提出用于高速铁路车站抗震计算的多维反应谱组合方法,并将多维反应谱组合方法的计算结果与时程响应分析和规范算法的计算结果进行比较。结果表明:高速铁路车站结构的异向振型间的相关性较强,地震动输入角度对结构响应的影响显著,而规范算法忽略了异向地震激励的相关性,不能反映地震动输入角度对结构响应的影响;多维反应谱组合法由于合理考虑了异向地震激励输入角度的变化、异向振型和地震激励的相关性,因此其计算结果与时程响应分析的结果吻合,更适用于高速铁路车站的抗震计算。     

减震榫-活动支座减震机理及影响参数研究

阐述减震榫-活动支座的工作原理及构造形式,以某5跨高速铁路简支梁桥为例,研究减震榫-活动支座的减震性能,并系统分析支座动力参数及桥梁结构自振周期对减震榫-活动支座简支梁桥地震响应的影响。结果表明:减震榫-活动支座能有效降低桥墩的地震需求,但会在一定程度上增加梁体位移;支座屈服强度对桥梁地震响应影响较大,应综合考虑其对桥墩内力和梁体位移的影响规律进行优化选择;支座初始刚度主要影响上部结构位移而屈服后刚度主要影响桥墩内力,为保证减震榫耗能能力发挥,建议硬化比控制在0.15以下;减震榫-活动支座减震效果随桥墩刚度减小呈先上升再降低的变化规律,更适用于高度小于16 m的桥墩。     

雄商高铁黄河特大桥纵向抗震体系设计研究北大核心

雄商高铁(雄安—商丘)黄河桥采用主跨(60+80+4×260+280+80+60)m的钢桁梁柔性拱桥,承载双线高速铁路,全桥纵向采用减隔震支座+黏滞阻尼器的减隔震方案,并设置纵向防落梁装置。由于主桥长度达1600 m,且桥墩数量多,因此地震作用下的非一致激励效应和不同桥墩位置处减隔震支座的减震差异性不可忽视。本文以该大桥为背景研究非一致激励地震作用以及双曲面减隔震支座的平面摩擦效应对高速铁路长联桥梁结构地震响应的影响,并给出减隔震支座、黏滞阻尼器和纵向防落梁的一体化抗震体系设计方案。结果表明:与一致激励地震相比,考虑非一致激励作用时支座的地震变形显著增加,最大位置处增加了1倍左右,而桥墩内力响应有小幅度下降;当不考虑双曲面减隔震支座的平面摩擦效应时,桥墩内力响应增加明显,其中高墩的墩底弯矩增加了40%左右。对于长联大跨度桥梁,可参考如下抗震设计原则:减隔震支座的变形需求考虑1/2支座的正常使用变形和支座地震变形的叠加。     

近断层高速铁路典型桥梁抗震优化设计研究

研究目的:西南山区某高铁穿过现今非常活跃的小江断裂带,设防烈度高达九度。高地震烈度和近断层脉冲效应对铁路桥梁的抗震设计和高速列车行车安全提出了更高的要求。基于此,本文通过分析近断层地震激励下典型高铁桥梁的弹塑性动力响应规律,开展桥梁减隔震装置和桥墩设计参数优化研究。研究结论:(1)桥墩在近场地震动作用下轴力变化较大,对桥墩的承载能力产生较大的影响,在抗震设计中应予以考虑;(2)采取本文提出的优化设计流程能够使得桥墩在整个墩高范围内纵桥向和横桥向具有相近的安全储备,并充分发挥混凝土和钢筋两种材料的性能;(3)采用摩擦摆支座+限位耗能杆的减隔震体系具有良好的减隔震效果,内力减震率可达20%以上;(4)若允许支座销钉在多遇地震时剪断,可使多遇地震下墩底内力进一步降低11%～45%,由此降低的梁体横向加速度和增大的位移响应对行车安全性影响应进一步结合车桥耦合振动分析确定;(5)本研究成果可为高铁典型桥梁抗震设计提供参考和依据。     

更高速度条件下铁路简支箱梁关键参数研究

针对梁体基频、竖向刚度等参数,概述我国高速铁路桥梁参数的研究思路及成果、参数设计及运营现状,采用车桥竖向相互作用程序分析铁路简支箱梁动力响应规律。结果表明,梁体基频为设计参数的控制因素,梁体实测梁体基频高于设计值和规范限值,梁体刚度存在一定的储备;时速350 km的高速铁路简支箱梁可适应更高速度420 km/h的运营要求;420 km/h速度等级高速铁路简支箱梁关键参数可参考350 km/h速度等级相关参数;40 m跨度车桥动力响应明显降低,梁体基频等动力参数不再控制梁体设计,建议开展高速铁路更大跨度简支箱梁应用研究。     

近断层地震动作用下隔震曲线桥地震反应分析

研究目的:近年来在多次地震中近断层区域曲线桥遭受到严重破坏,甚至倒塌;与此同时,为提高桥梁的抗震性能,隔震技术逐步应用于桥梁工程中,并表现出良好的隔震效果,因而有必要研究近断层地震动作用下隔震曲线桥梁的地震反应。本文对采用摩擦摆支座的隔震曲线桥进行近断层地震动作用下的地震反应分析,研究近断层地震动对隔震曲线桥地震反应的影响,以期为近断层区域隔震曲线桥梁的设计提供参考。研究结论:(1)近断层脉冲型地震动作用下摩擦摆支座的位移和剪力显著增大,易造成支座破坏,甚至产生落梁;(2)近断层脉冲型地震动作用下桥墩的内力和位移均显著增大,易造成桥墩破坏;(3)在进行隔震曲线桥设计时,应对支座采取限位措施,并提高桥墩的抗震能力;(4)本研究成果可为近断层区域隔震曲线桥的设计提供参考。     

川藏铁路大跨度钢桁拱桥近断层地震响应与减隔震措施

以川藏铁路近断层地震区某大跨度上承式钢桁拱桥设计方案为工程背景,采用反应谱法和时程分析法进行拱桥地震响应分析,并根据计算结果提出合理的减隔震措施建议。研究结果表明:拱桥结构首阶振型为拱梁横向对称弯曲,且反应谱法和时程分析法中横桥向响应均大于顺桥向响应,说明拱桥的横向为抗震的不利方向;由于近断层三向地震波的影响,桥梁结构弹性时程分析法的结构响应多大于相应地震水准下反应谱法的结构响应;未设置减隔震措施时,桥梁应力、内力及变形普遍不满足本桥的抗震设防要求;设置"摩擦摆支座+纵向阻尼器"减隔震措施后,桥梁自振周期有所增加,桥梁应力、内力及变形均明显减小,可满足川藏铁路桥梁更高设防目标的要求。     

国内外规范关于竖向温度梯度的规定研究

竖向温度梯度对箱梁的整体、局部受力及变形具有一定影响,但目前大量采用的预应力混凝土箱梁在截面构造、结构刚度等方面均有较大变动,既有针对无砟无枕小型箱梁的温度场研究成果已不能完全适用。因此,有必要针对国内外规范关于竖向温度梯度的规定进行研究。通过对比英国BS5400、美国AASHTO、德国DIN101、新西兰桥梁设计规范和我国公路、铁路桥梁设计规范关于混凝土梁体竖向温度梯度的规定,以3?m高度的箱梁为例,在不考虑梁体铺装层厚度的情况下,对其竖向正、负温度梯度分布进行对比。研究得出:为掌握铁路预应力混凝土箱梁竖向温度梯度对结构受力和变形的影响,应准确模拟桥上有砟/无砟轨道结构对箱梁温度分布的影响,以及根据不同的阶段选取合适的温度梯度。     

单索面低塔斜拉板桁组合公铁两用桥地震响应分析

建立了郑州黄河公铁两用大桥主桥第一联单索面低塔斜拉板桁组合桥的三维有限元计算模型,对该桥梁进行了自振特性分析,在此基础上进行该桥的地震响应研究,对比分析了一致激励下和考虑行波效应非一致激励下的桥梁地震时程响应的差异。计算结果表明,与竖向刚度相比,该桥梁的横桥向刚度相对弱了一些,桥梁第一振型为横桥向弯曲振动;行波效应对桥梁地震响应的影响较大;当地震波峰值加速度不超过0.15g时,该桥梁的抗震安全性是可以得到保证的。     

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%。     

桥梁竖向变形对轨道平顺性的影响研究

研究目的:高速铁路桥梁竖向变形会引起轨道不平顺,进而影响高速铁路安全高效运营。以32 m高速铁路简支梁桥为研究对象,基于已有的桥梁竖向变形与轨面几何形态的映射解析模型,定量化研究了多种桥梁竖向变形模式的变形幅值、梁端悬出长度及砂浆层竖向刚度等关键参数对CRTSⅠ型板式无砟轨道结构轨面平顺性的影响,提出了控制钢轨变形的措施,为综合治理高速铁路桥梁钢轨变形提供理论参考。研究结论:(1)桥墩沉降、梁端竖向转角和梁体错台均会导致钢轨跟随梁体变形,并在变形区域边界上出现钢轨上翘;(2)钢轨变形量与桥梁竖向变形幅值呈正比,控制钢轨变形的关键在于减小桥梁竖向变形;(3)通过适当减小梁端悬出长度和减小砂浆层竖向刚度等方式,可以达到控制轨面变形的目的;(4)本研究成果可为高速铁路桥梁钢轨竖向变形控制提供理论参考。     

铁路桥梁近断层地震响应与地震强度相关性

研究目的:以10组典型特征周期的铁路减隔震桥梁为研究对象,采用支座位置处延性位移作为地震响应参数(EDP),研究近断层地震作用下减隔震铁路桥梁地震响应参数与多种地震动强度指标IM的相关性。研究结论:(1)速度型IM指标最为适用于表征近断层减隔震桥梁非线性位移需求;(2)当结构初始特征周期与地震波高频能量集中区域频率及速度脉冲周期相近时,将导致EDP对IM值变化敏感,减隔震桥梁结构设计时应注意避开结构周期敏感区域;(3)本研究成果可为近断层铁路桥梁的减隔震设计提供技术支撑。