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。     

多跨连续梁桥横向减隔震分析

一阶横弯多跨连续梁桥,当地震作用时,仅依靠增大横桥向刚度的方法来减小连续梁的横桥向位移,会带来很大的墩底反力和弯矩。墩底弯矩过大又会引起桥墩压溃和主梁横向位移过大。文章针对工程中最常见的一种减隔震装置一铅芯橡胶支座,以某9m×40m大跨连续梁桥为模型,以墩底内力和主梁横向位移作为研究对象,利用非线性时程分析方法,采用普通橡胶支座的方案和采用橡胶支座的9个方案在三条人工波的最大地震响应进行比较分析,研究了铅芯橡胶支座不同的布置方式,及其设计参数的选取对多跨连续桥梁横向减隔震性能的影响。并得出了以下结论:铅芯橡胶支座的个数和布置方案对桥梁结构在地震作用下的减隔震效果影响很大;合适的布置铅芯橡胶支座等减隔震装置可以有效的减少地震作用下桥梁结构的地震响应,可以显著提升结构的抗震能力;铅芯支座的硬化比对横向位移影响不大,对横向内力的影响稍大。     

地震高烈度区中小跨径连续梁桥支座与桥墩组合选型研究

为了给地震高烈度区中小跨径连续梁桥的抗震设计提供设计参考,研究了桥墩与支座的不同组合形式对结构响应的影响。以某工程实例为背景,建立空间有限元分析模型,研究了桥墩与支座不同组合形式对结构自振特性的影响,在此基础上,利用弹性反应谱法、非线性时程法,对比分析了不同组合形式对结构地震响应的影响。研究结果表明,抗震设计时应控制桥墩设计刚度,矩形空心墩刚度较大,增大了支座和下部基础受力;综合考虑支座变形及抗滑性,高烈度区桥梁设计时不宜采用板式橡胶支座;采用盆式支座时,需考虑梁体与桥台的碰撞、落梁、高墩失稳等问题;采用墩顶固结时,主梁设计弯矩由地震作用下弯矩控制,增加了上部设计的复杂性;高烈度区中小跨径梁桥设计时,推荐采用圆柱墩配高阻尼橡胶支座的组合形式,该组合形式下结构抗震性能最佳。     

板式橡胶支座连续梁桥横桥向抗震性能研究

板式橡胶支座在我国中小跨径梁桥中应用广泛,主梁通常直接放置在支座上,在地震作用下板式橡胶支座与梁底会发生滑动。基于某板式橡胶支座连续梁桥,采用非线性时程分析方法,探讨只考虑横向挡块的刚性约束作用、只考虑支座的水平剪切刚度及考虑支座与梁底的滑动效应三种模拟方法对结构横桥向抗震性能的影响。结果表明:考虑板式橡胶支座与梁底的滑动效应后,由于两者之间摩擦耗能及滑动后支座的隔震作用,桥墩的地震力有了明显减小,同时主梁位移与支座变形也得到了较好的控制,结构的减隔震效果最好,是一种合理地震模拟方法。同时,为了保证充分发挥板式橡胶支座滑动后的减隔震作用,横向挡块与主梁之间的间隙应预留出支座滑动的位移要求,该结论可供工程实践参考。     

连续曲线梁桥横向抗震加固设计研究

为提升曲线梁桥横桥向抗震性能,以某座非规则的三跨连续曲线梁桥为例,建立考虑挡块横向限位性能退化下不同盖梁挡块间隙、强度的全桥弹塑性三维数字时程分析模型。结果表明,考虑横向盖梁挡块限位性能退化的曲线梁桥结构模型,其罕遇地震时更接近实际,主梁和挡块位移与变形响应更大,下部结构弯矩响应峰值减小;盖梁挡块强度越大,对主梁和支座的限位效果越明显,但同时对盖梁抗力性能需求也越高,下部结构响应也会增加;合理的挡块间隙能够协调发挥挡块和支座各自性能。     

简支梁桥地震损伤演变过程分析及抗震设计建议

简支梁桥是我国使用最广泛的桥型,为明确其地震损伤演变过程,以典型的3跨简支梁桥为研究对象,采用Open Sees软件建立了精细化的有限元模型,并基于增量动力分析(IDA)方法进行了非线性时程分析。结果表明:板式橡胶支座和混凝土挡块是整个结构中最先发生损伤且损伤最严重的构件,桥墩损伤较轻,这一结论与近年来地震中采用板式橡胶支座的桥梁震害基本一致;连续梁桥震害与简支梁桥震害相近,但因连续梁桥上部结构质量较大,碰撞效应较明显;支座摩擦系数对桥梁上下部结构地震响应影响较大,为使桥梁整体损伤较小,可通过设计合理的支座,改变其支承接触面间的摩擦特性。     

考虑行波效应的长联大跨径减隔震连续梁桥地震响应研究

为探讨行波效应对长联大跨径减隔震连续梁桥结构地震响应的影响规律,以某长联大跨径钢桁架连续梁桥为对象,建立了该桥采用双曲面球型减隔震支座进行减隔震设计的三维有限元分析模型,通过基于大质量法的非线性时程分析,对该桥考虑行波效应和一致激励下的地震响应进行了计算和对比分析。研究结果表明:行波效应对大桥地震响应的影响较为明显,且与一致激励工况相比,考虑行波效应后大桥内力响应可能发生明显增大,不利于结构安全,而导致响应增大所对应的地震波视波速则会随支座参数改变发生变化;同时主梁位移则随加载视波速的增加缓慢增大,在一致激励作用下达到峰值;在类似减隔震设计中,应考虑行波效应的影响以保证结构响应在安全范围内,主梁位移可偏安全地以一致激励所得结果为准。     

大跨连续梁桥不同支座体系地震响应对比及参数研究

为解决大跨连续梁桥在不同支座体系下的地震响应及阻尼器参数对主梁位移的影响,以某座大跨(70+110+70)m连续梁桥为例,分别采用盆式支座、摩擦摆减隔震支座和摩擦摆减隔震支座+阻尼器支座体系,通过有限元软件Sap2000模拟分析桥梁在地震作用下的特性。结果表明:1)在地震作用下,采用摩擦摆减隔震支座体系能有效降低桥墩的地震响应;2)在摩擦摆减隔震支座增设阻尼器可减小主梁位移,但桥墩内力随之增大;3)阻尼器的参数应依桥梁的特性合理选用。     

城市高架桥梁非线性地震碰撞反应分析

地震时城市高架桥梁易发生碰撞反应而引发灾害。采用时程分析法,对简支隔震梁桥、连续隔震梁桥、非隔震简支梁桥及非隔震连续梁桥的碰撞反应进行r参数分析。主要参数包括：间隙大小、支座特性、桥墩非线性及土基础相互作用。分析得出以下结论：简支梁桥的碰撞反应主要是由于桥台约束产生的,连续梁桥的碰撞反应主要是由邻联动特性差异造成的。相同条件下,隔震梁桥的最大撞击力高于非隔震梁桥,连续梁桥的最大撞击力高于简支梁桥的最大撞击力。增大间隙能有效减小碰撞反应强度。对于隔震梁桥,增大隔震支座屈服力会减小碰撞反应强度,但同时会增大墩底弯矩。考虑桥墩非线性或土基础相互作用时简支梁桥与连续梁桥的最大撞击力均比不考虑时大,墩底弯矩均比不考虑时小。     

中小跨径桥梁上部结构最优设计方案研究

选取《桥梁设计通用图》的中小跨径桥梁,采用桥梁博士V3.2软件,分析同跨径同截面型式不同桥宽、同跨径同桥宽不同截面型式桥梁的主梁最不利荷载横向分布系数,并计算全桥的经济指标,寻找中小跨径桥梁上部结构的最优设计方案。结果表明:同跨径同截面型式不同桥宽的梁桥,跨径大于20 m、桥宽12.75 m的T型截面梁桥为最优设计方案;跨径为20 m,桥宽12 m的箱型截面梁桥和桥宽13.5 m的空心板梁桥为最优设计方案;同跨径同桥宽不同截面型式的梁桥,跨径大于20 m时,箱型截面为最优设计方案;跨径等于20 m梁桥,空心板梁桥是最优设计方案;跨径小于20 m空心板梁桥,单片主梁宽度越大,技术经济指标越优。     

平面曲线梁桥侧向位移病害分析与加固维修

平面曲线梁桥尤其是独柱支撑的曲线梁桥,在永久作用和可变作用下会产生侧向变位。某平面曲线连续梁桥,中支点双向活动支座处主梁侧向位移接近支座使用极限值,造成柱顶抗震锚栓弯曲变形,甚至屈服。文中通过建模计算桥梁在实际荷载作用下侧向位移,并与实测位移进行对比,分析该桥侧向位移产生的主要原因。结果显示,现况桥梁永久作用变形已基本趋于稳定,实际可变作用引起的侧向弹性位移较小。因此选择适宜的环境温度,在墩柱顶部设置防爬移限位装置,以确保桥梁结构的运营安全。     

中小跨度斜交连续梁桥的抗震体系研究

中小跨度斜交连续梁桥普遍采用板式橡胶支座,在地震作用下,主梁与支座间容易发生滑动,同时主梁会发生平面内转动,落梁风险较大。本文以中等烈度区一座3跨斜交连续矮T梁桥为工程背景,建立板式橡胶支座支承的斜交桥有限元模型,采用非线性时程分析方法,进行地震反应特性分析,针对性地提出了板式橡胶支座(允许滑动)+钢阻尼器的组合减震体系,并对提出的减震体系做了位移控制效果分析。结果表明：在地震作用下,斜交桥中板式橡胶支座极易发生滑动,从而增大主梁地震位移并丧失自复位能力,但只要不发生主梁与桥台(挡块)的碰撞,主梁平面内转动的影响可以忽略不计;而板式橡胶支座+钢阻尼器的组合减震体系可以有效控制主梁纵横向位移、并限制主梁平面内转动。     

强倾弱弯梁桥设计准则研究

多起梁桥倾覆事故显示，主梁发生横向倾覆而未发生强度破坏，说明独柱墩梁桥的抗倾覆承载力和抗弯承载力不匹配。为避免超载作用下梁桥发生非延性的倾覆破坏，提出了强倾弱弯设计准则，并推导了强倾弱弯的计算公式。以跨径分布、箱梁线重度和支座分布等为参数，给出了三跨连续梁超载系数的快速计算公式。进一步以江苏无锡312高架桥、哈尔滨三环路鸿福路段高架桥和湖州104高架桥为例，进行强倾弱弯设计准则分析和初步验证。结果表明：①车道荷载横向偏载、纵向满布是连续梁桥抗倾覆最不利的活载布置方案；②传统独柱墩梁桥难以满足强倾弱弯设计准则，无法保证强度破坏发生在倾覆破坏之前；③忽略支座尺寸、大转动效应以及桥梁实际抗弯承载力与设计抗弯承载力的差异，抗倾覆稳定系数应大于2.88才能实现强倾弱弯，而不是2018版《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中规定的2.5。     

摩擦摆支座隔震城轨连续梁桥碰撞响应研究

隔震连续梁桥与邻梁较易发生碰撞并造成损伤,完善的减隔震设计应将碰撞效应考虑在内,以更好地保护梁体。以某城市轨道交通系统三跨连续梁桥为例,建立了该桥及相邻简支梁桥的空间有限元分析模型,采用非线性时程分析方法计算了不同工况中应用摩擦摆支座(FPS)进行减隔震设计后,隔震连续梁桥与相邻简支梁桥梁体的碰撞响应,探讨了梁端间隙、FPS主要设计参数对梁间碰撞响应的影响以及碰撞对隔震连续梁桥地震响应的影响。研究结果表明,同时考虑两端碰撞时,通过增大梁端间隙、减小支座等效滑动半径或增大支座摩擦系数的方式均可有效减少梁端碰撞发生的次数,虽无法保证梁间碰撞力同时减小,但是从效应累积角度考虑,仍然认为是有利于减弱梁间碰撞效应的。其中,增大梁端间隙或支座摩擦系数对碰撞效应的影响规律相似且减弱效果较为明显,减小支座等效滑动半径的效果次之。在设计中可主要通过适当增大摩擦摆支座摩擦系数和梁间间隙的手段来减小梁间碰撞效应。     

考虑支座剪断的连续梁桥位移控制方法研究

以连续梁桥为例,基于弹性限位装置研究固定支座剪断后桥梁地震位移的控制方法。研究发现,固定支座因其水平承载能力较低而在桥墩出现塑性铰之前发生剪断,这将引起主梁与下部结构间相对位移的增大,增加落梁风险;弹性限位装置可通过调整初始间隙和弹簧抗压刚度,有效限制固定支座剪断后的地震位移;参数优选的原则是在桥墩不出现塑性铰的前提下,固定支座剪断后的地震位移越小越好。     

中小跨径公路坡桥车载响应分析

坡桥发生破坏的现象较一般普通桥梁严重,以20m简支空心板和4×25m连续小箱梁桥为对象开展了中小跨径公路坡桥动力特性及车载响应研究。首先建立了有限元分析模型,研究了简支梁桥、连续梁桥在不同支座布置及不同坡度下的自振特性;其次依据现行设计规范,分析了两种坡桥下的冲击系数随坡度的变化规律,最后基于车桥耦合振动原理,在挠度、弯矩时程曲线的基础上,给出了不同坡度下连续梁桥的冲击系数并与规范值进行对比研究。结果表明,坡桥振型与相应普通桥梁相同,支座的布置方式对桥梁的频率有一定影响,当支座水平方向设置时坡桥频率比相应普通桥梁的小,当支座垂直主梁方向设置时坡桥基频与相应普通桥梁相同;坡度对基于规范法计算的桥梁冲击系数影响很小,但车—桥耦合振动下坡度对连续梁桥冲击系数的影响较大。     

梁式桥板式橡胶支座的合理计算模型研究

为寻求合理的板式橡胶支座梁桥计算模型,以准确计算其受力情况,基于板式橡胶支座关键参数的计算理论,以20m简支梁桥和3×20m连续梁桥为例,采用MIDAS Civil建立2座梁桥空间模型,分析3种计算模型(理想约束模型、弹性约束模型和简化约束模型)在恒载和活载作用下主梁关键截面的弯矩、剪力、位移及挠度。结果表明:对于简支梁桥,理想约束模型与弹性约束模型的计算结果(除个别截面)相差在5%以内,板式橡胶支座梁桥可按理想约束模型近似模拟;对于连续梁桥,理想约束模型与弹性约束模型的计算结果相差超过5%,简化约束模型与弹性约束模型的计算结果相差在5%以内,板式橡胶支座梁桥可按简化约束模型近似模拟。     

曲线连续梁桥的磁流变阻尼器减震控制

建立双支承曲线连续梁桥的空间有限元模型和减震控制动力仿真模型,根据连续梁桥的支座布置在各活动支座的切向设置8组磁流变阻尼器,在纵桥向输入3种不同频谱特点的地震动,计算分析了曲线连续梁桥地震反应主动控制、半主动控制和被动控制方法的减震效果.结果表明,磁流变阻尼器能够有效地减小曲线梁桥的主梁切向位移和固定墩墩底的弯矩与扭矩...     

宁海新桥主桥抗震分析

以宁海新桥特大桥主桥为例,采用MidasCivil有限元软件,对其进行了反应谱分析和非线性时程分析。针对其下部结构刚度较大的特点,提出了纵横向限位装置联合抗震支座的抗震设计方案。计算结果表明,E1地震作用下,桥梁基本处于弹性工作状态,E2地震作用下抗震支座非滑动方向发生屈服,通过侧向滑移摩擦消能后,桥墩水平地震力大大减小,而限位装置承担余下的水平地震力,同时防止落梁。纵横向限位装置联合抗震支座的抗震设计,适合本桥,也适合下部结构刚度较大的混凝土梁桥。     

考虑双向碰撞的斜交桥抗震性能分析

地震作用下,采用板式橡胶支座的斜交桥易产生滑移,导致主梁发生较大的位移,并与桥台和横桥向挡块发生碰撞。为分析公路斜交桥碰撞作用机理及其影响因素,对一座三跨连续斜交桥进行非线性时程分析,考虑了不同斜交角(取值0°～60°)和横向挡块间距等因素,分析了纵、横桥向不同碰撞模型及其设计参数对桥梁地震响应的影响。结果表明:斜交桥在纵、横桥向的碰撞作用是主梁发生转动的主要因素;该文采用的弹塑性碰撞模型能较好地反映斜交桥地震响应的不规则性;挡块间距的改变会增加桥台处不均匀碰撞现象,显著影响斜交桥碰撞效应,可通过选择合理挡块初始间距来降低地震损伤。