基于可更换构件的可恢复功能桥梁防震结构研究综述

基于大震不倒,且震后无需修复或者稍加修复就能恢复正常使用功能理念的可恢复功能桥梁防震结构是桥梁地震工程研究的热点之一。设置可更换构件是实现桥梁结构可恢复功能的一种有效途径,附加可更换构件可恢复功能桥梁防震结构是指：在结构适当部位设置减震装置作为可更换构件,通过牺牲可更换构件从而保护主体结构免受损伤或大幅减小损伤,震后通过更换损坏构件以恢复结构正常使用功能。对附加可更换构件的可恢复功能桥梁防震结构的研究进行了系统的梳理和总结。首先介绍了附加可更换构件的可恢复功能桥梁防震结构的设计理念;然后总结了目前国内外可更换构件的类型、附加可更换构件桥梁结构的抗震性能及其抗震设计方法的研究现状;并通过实际工程应用案例说明了附加可更换构件的可恢复功能桥梁防震结构的工程实践价值;最后探讨了附加可更换构件的可恢复功能桥梁防震结构的发展趋势。现有研究表明,附加可更换构件桥梁结构的功能可恢复性已得到了工程界的认可,但仍然需要在新材料、新构造形式的开发,系统性的试验研究以及抗震性能优化设计等方面开展深入研究。     

桥梁抗震设计理论发展:从结构抗震减震到震后可恢复设计

为了总结桥梁抗震理论与技术的现状和成果,探究桥梁抗震设计理论的未来发展方向,简要回顾了桥梁抗震设计理论的发展过程,介绍了国内外相关规范基于强度的桥梁延性体系设计方法,进一步论述并总结基于性能的桥梁抗震设计的框架与进展,详细讨论了基于位移的性能设计方法和全概率结构抗震性能设计与评估方法。系统介绍了常用的桥梁减震、耗能装置的基本构造、工作原理、分析模型以及应用状况等,分析近年来桥梁减震、耗能技术发展的新动向,指出桥梁减震、耗能技术正由单一的结构减震目标向面向结构性能控制转变,包括减震措施在非地震状态下的性能控制、以及考虑震后结构功能恢复的全寿命期性能控制等。介绍了目前结构抗震研究的新热点——基于震后可恢复性的新型结构抗震体系,详细分析基于摇摆基础和预应力节段拼装桥墩自恢复体系的作用机制和工作原理,讨论自恢复体系在震后结构性能恢复上的优势。在此基础上,展望桥梁抗震的未来发展方向,指出基于震后桥梁使用功能的抗震设计方法和具有自复位、低损伤特性的新型桥梁结构体系将是桥梁抗震研究的热点和重点。     

自复位双柱式摇摆桥梁抗震设计方法及工程应用

为发展具有损伤可控特性和自复位能力的摇摆结构新型桥梁抗震体系,对自复位双柱式摇摆桥梁的抗震设计方法及其工程应用进行研究。在摇摆桥墩受力机理和旗帜形滞回分析模型基础上,提出其在消压、屈服和设计极限状态的计算方法,并给出限定残余位移侧移率小于1%的回复能力验算公式。考虑到摇摆桥墩的力学行为和变形特点,提出直接基于位移的摇摆桥梁结构抗震设计方法,给出设计原则及具体的设计步骤,并把该方法成功应用到黄徐路跨线桥梁抗震设计中。在此基础上,数值分析不同设计地震作用下摇摆桥梁结构的性能状态及其性能指标,并介绍了中国首座自复位摇摆桥梁工程——黄徐路摇摆桥梁工程实践,展示了实桥应用中的一些抗震构造细节。研究结果表明:提出的验算公式可为设计计算提供充分的理论依据;E1地震作用下耗能钢筋没有屈服且具有较高的安全储备;在E2地震作用下,随着桥梁发挥摇摆功能,摇摆桥墩刚度减小,地震力增幅变小,有效实现了结构减震功能,且震后桥墩残余位移较小,可忽略不计,实现了结构自复位功能,满足了既定的抗震设计目标。     

桥梁双柱式排架墩抗震性能研究进展述评

桥梁双柱墩在国内外中小跨径公路桥梁和城市高架桥中应用非常广泛,但在历次破坏性地震中震害普遍严重。为了揭示桥梁双柱墩在地震作用下的破坏机理,发展具有可恢复功能的防震桥梁双柱墩,实现从双柱墩结构到桥梁工程、再到交通线路乃至整个交通网络的全寿命周期抗震性能设计,对桥梁双柱墩抗震问题的研究进展进行评述。首先总结汶川大地震和国外重大地震中钢筋混凝土桥梁双柱墩的震害情况并分析其特征,主要破坏形式有墩柱的弯曲破坏、弯剪破坏、剪切破坏,间系梁的纵向开裂及其与墩柱节点的断裂,盖梁梁体的斜裂缝、冲切开裂及其垫石和挡块的剪裂、剪断、撞碎等。再从抗震性能试验、非线性力学行为及数值模拟、间系梁减震耗能、损伤控制与可恢复功能结构体系、ABC双柱墩及其在强震区的应用问题、抗震加固方法和抗震设计理论等方面对桥梁双柱墩相关的抗震问题研究进展进行系统梳理与评述,进而指出桥梁双柱墩应用与研究中存在的问题。在此基础上,结合当前地震工程领域的主要发展趋势和前沿热点问题,如子结构混合模拟试验、可恢复功能结构和交通系统、多次多灾种耦合作用、全寿命设计、大数据和人工智能等,对双柱墩结构及其桥梁体系未来的研究方向进行展望。     

桥梁抗震智能与韧性的发展

随着科学技术的飞速发展，各种新技术相互融合，改变着人们的生活，社会呈现出人口、建筑以及财富的高密度特征，人们对灾患的预警、应灾、灾后复原、恢复和重建能力有着更高、更全面的要求，桥梁抗震也向着对各种实际需求具有高质量、高性能适应性的智能性方向发展。为进一步深化可持续发展，当前结构抗震已经从基于生命安全的结构抗震减震转向震后结构功能可恢复与快速修复，这对桥梁抗震的韧性提出了要求。为此，首先介绍了桥梁抗震中智能和韧性的含义，指出其是桥梁抗震研究的2个主要关注点，阐明了智能和韧性之间的相互关联、相互补充关系。而后从近断层地震荷载、桥梁减震体系设计、桥梁装置的设计、可恢复结构和预制装配技术以及桥梁路网系统等方面，基于智能和韧性的视角，总结了研究人员为提升桥梁防震能力所做的努力。并基于现有的工作基础，从抗震体系或装置的多功能与高性能化、监测技术的高效发展以及韧性评价体系的完善方面，阐述了进一步推进抗震智能与韧性应该做的工作。最后，结合当前“互联网+”与“人工智能”等技术在社会各领域中表现出来的引领作用，对未来在设计、运营、震后维修等阶段如何方便、快捷、高效地保证桥梁抗震智能和韧性进行了展望和构想。     

基于全寿命周期的桥梁结构抗震性能评价与设计方法研究进展

为了促进桥梁结构全寿命抗震设计研究在中国的发展,详细论述并总结了基于全寿命周期的桥梁结构抗震性能评价与设计方法在国内外的研究进展,同时建立了其研究体系的基本框架。首先介绍了钢筋混凝土桥梁结构在其全寿命周期内遭受以氯离子腐蚀作用为主的环境作用分析模型的研究成果,在此基础上着重介绍了以桥梁结构地震易损性分析方法为代表的抗震性能评价方法与地震损失成本评估方法的研究进展,最后论述了基于全寿命成本分析的桥梁结构抗震优化设计方法研究现状。研究结果表明：基于全寿命周期的抗震性能评价和设计方法能够合理地解决传统抗震设计方法中未考虑结构抗震性能退化的问题,对于桥梁抗震工程领域的发展具有重要意义。     

跨断层地震动及其对桥梁结构影响研究进展

与常规地震动激励的情况相比，跨断层地震动作用下桥梁结构具有更复杂的动力响应、更大的地震需求以及更严重的地震损伤。伴随着川藏铁路等超级基础工程的开工建设，越来越多的桥梁具有跨越潜在断层的风险，相关研究亟待开展。从跨断层桥梁震害出发，首先阐述了近/跨断层地震动的基本特性并介绍了相关模拟方法，然后综述了跨断层桥梁抗震分析理论、数值模拟和模型试验等研究的相关进展，进而归纳了考虑跨断层地震动作用的应对策略。结果表明：现有的跨断层地震动模拟方法合理可行，但存在一定的应用条件和改进空间；跨断层桥梁研究对象大多为中小跨径梁桥，其地震响应和损伤破坏模式受断层类型、跨越位置、跨越角度、永久位移等多因素影响；针对跨断层桥梁的减隔震和防落梁限位措施等技术得到初步发展。最后展望了未来跨断层桥梁抗震研究的发展方向，主要包括：发展更为精确、高效的跨断层地震动模拟技术；开展大跨径桥梁的跨断层振动台台阵试验及倒塌数值模拟研究；突破跨断层桥梁振动台台阵试验技术瓶颈；明确跨断层地震动参数对不同类型桥梁结构地震损伤机理的影响规律；进一步发展相应的减隔震技术、防落梁措施以及韧性防控技术，并进行试验验证等。     

高烈度震区高速铁路中小跨桥梁结构选型研究

为研究高烈度震区高速铁路中小跨桥梁合理的结构型式,以印尼雅加达至万隆高速铁路工程为背景进行分析。选取雅加达附近线路1km左右的区段,试设计2种桥型方案:(1)30孔32m预制装配式单箱单室箱梁简支梁桥方案;(2)21联(3×12)m刚架+8m简支板小刚架桥方案。分别建立2种桥型方案的有限元模型,开展桥梁抗震性能及列车走行性分析,并对2种方案的施工方法和工程经济性进行对比。结果表明:对于高烈度震区高速铁路,简支箱梁桥可采用减隔震支座,抗震性能好,震后修复快,施工方便,适应性强,宜全线采用;小刚架桥抗震性能满足规范要求,但震后桥墩将发生较大的塑性破坏,震后修复困难,考虑其在地质较好地段具有一定的经济优势,可在条件适宜的地段采用。     

基于摩擦摆支座的大跨度双拱塔斜拉桥减隔震研究

为研究摩擦摆支座对斜拉桥的减隔震效果,以某双拱塔斜拉桥为工程背景,考虑桩-土-结构相互作用(PSSI)的效应,基于摩擦摆支座的力学特性建立桥梁结构空间有限元模型,进行动力特性分析、地震响应研究与抗震验算。结果表明:采用摩擦摆支座减隔震后,结构的自振基本周期较原结构明显延长,有利于改善结构的抗震性能;不同的地震动输入方式对控制截面的内力影响不同,E2地震下的响应值均要比E1地震下大;E1、E2地震作用下,结构各主要控制截面的安全系数均大于1,结构只发生可修复性损伤,满足结构的抗震性能目标要求。     

滨海特大高架桥梁抗震优化设计

为研究滨海特大高架桥梁地震反应性能,分析下部结构的影响,优化桥梁设计,为工程抗震设计提供参考.以工程实例为对象,建立三维动力模型,分析不同墩柱尺寸和桩基方案对桥梁地震反应的影响,并对桥梁进行延性抗震设计验算.结果 表明:随着墩柱尺寸和桩基数量增加,虽然其自身承载能力会变大,但同步地震反应也会增大;因此,需要选取经济合理的截面尺寸和桩基数量;根据分析选取的两项设计参数,在地震作用下,可以很好的满足延性抗震设计要求.     

宜宾长江公路大桥主桥地震反应分析

结合宜宾长江公路大桥斜拉桥的工程设计实例,采用大型有限元分析程序A N SY S,选取空间BEA M 4、LIN K 8及M A SS21单元建立动力计算模型。用子空间迭代法对宜宾长江公路大桥主桥的动力特性进行了计算,根据桥址场地地震动参数,用反应谱法和时程分析法进行地震反应对比分析,并按桥规对结构进行抗震性能验算。结果表明,宜宾长江大桥主桥抗震结构体系采用弹性索体系是合适的。     

不同波速对刚构桥地震响应影响分析

地震激励的输入是大跨桥梁结构抗震设计中最薄弱的环节。大跨度桥梁由于基础间的间距较大,因而在进行地震响应分析是应考虑行波效应的影响。结合工程实例,建立了空间有限元仿真模型,并且对模型进行了全桥结构动力分析,得到了该桥基本的动力特性参数,并对其进行了不同波速作用下行波效应的分析,与一致激励下的结果进行了对比,分析结果将为大跨刚构桥的地震设计提供参考。     

马鞍山三塔悬索桥抗震性能研究

以马鞍山三塔悬索桥的工程设计为背景,根据大桥结构的重要性确定了桥梁在两种概率水平的地震作用下的设防标准,并提出了相应的性能目标.根据桥址处地震危险性分析研究报告所给定的地震动数据对大桥进行反应谱分析和非线性动力时程分析,研究该桥的动力特性和地震反应特点,根据分析结果研究确定优化桥梁的抗震性能措施.经过计算分析比较得出,通过加设合理的液压阻尼装置可以减小结构在地震作用下的结构响应,提高全桥结构的能力需求比,增强了该桥的抗震性能水平,有利于桥梁结构在地震中的安全.     

界首市裕民桥总体计算与关键构件分析

界首市裕民桥主桥为主跨142 m的自锚式悬索桥，设计步骤主要包括桥梁总体布置的确定、静力有限元建模、整体稳定性分析、缆索线形确定、运营阶段内力分析以及构件强度验算等；同时，还需建立动力模型，以了解桥梁自振模态，并对结构在地震作用下的响应进行分析，进而验算桥梁的抗震性能。所总结的内容可为类似桥梁设计提供较有价值的参考。     

大跨径连续刚构桥抗震性能评价

以武汉在建天兴洲大桥南岸引线某大跨径连续刚构桥为研究对象,考虑桩-土-结构共用作用情况,运用大型有限元分析程序ANSYS对其动力特性进行了分析,得到了成桥状态下结构的自振特性及累计振型参与质量比,确定了运用反应谱法对地震作用进行振型组合时所必需的振型阶数。对该桥进行了地震反应谱分析,得到各概率地震作用下结构的反应最大值,并根据"三水准"设防原则,分析评价了该桥的综合抗震性能,为该桥的建设和抗震设计提供了参考,也为进一步研究该类桥型的抗震性能提供了分析基础。分析结果表明,该桥具有足够的抗震能力,能够满足预期的设计性能。     

探讨桥梁结构抗震性能的设计

该文阐述了桥梁结构是生命线工程系统中的关键部分,其地震可靠性和抗震性能问题越来越受到人们的广泛关注。桥梁结构抗震在基于总结和经验的基础上发展成为一门专业学科。这种专业抗震理论和技术的发展都是以沉痛的灾害教训为代价,高技术的结构抗震设计标准和性能评估都经历了灾后的反思、验证、总结和提高的过程。     

钢混组合结构斜拉桥抗震性能研究

为了对一座钢混组合结构斜拉桥在不同塔梁连接刚度下的抗震性能进行研究,利用通用有限元软件M IDAS CIVIL对该斜拉桥建立空间梁格体系模型,并利用反应谱法对其在不同塔梁连接刚度下的地震响应进行计算,得到该斜拉桥在地震力作用下的内力及位移响应,通过对计算结果的对比分析,最后确定该斜拉桥在塔梁部位的连接形式,为该桥设计及今后的工程应用提供参考。