隔震连续梁桥地震作用下梁间碰撞响应的研究

铅芯橡胶支座隔震的桥梁在地震作用下相邻梁体间容易产生碰撞.以3等跨连续梁桥为对象,建立了考虑隔震支座非线性的桥梁碰撞模型,通过非线性时程分析研究了纵向地震作用下相邻联梁体间的碰撞响应.计算结果表明,隔震桥梁在地震作用下更容易发生梁间碰撞,碰撞产生相当大的撞击力,使主梁的轴力响应巨幅增大,但主梁的位移及墩的剪力、位移响应增大不明显.影响碰撞响应的主要因素是相邻联的周期比和基本周期的大小、伸缩缝间隙的大小.铅芯橡胶支座在桥梁地震碰撞中能消耗碰撞能量,可以有效地减小碰撞响应,对桥梁起到一定保护作用.     

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。     

改变支座模型对梁式桥地震反应的影响分析

针对一座4跨梁式桥在地震作用下的反应,采用大型有限元分析程序ANSYS,选取空间梁单元建立4种模型进行了动力特性分析;并选取3条地震波,进一步对比分析了支座模型改变后连续梁桥和简支梁桥内力和位移的地震反应。结果表明:改变梁式桥支座模型,上部结构在桥台和梁端间伸缩缝处及相邻梁和桥墩间伸缩缝处相对位移的地震反应会明显变大,但桥墩内力和位移的地震反应明显减小,隔震效果显著;合理选择台梁间、墩梁处和相邻梁体间伸缩缝处限位弹簧装置的刚度可以有效地减小上部结构在地震中的相对位移,防止其发生梁端碰撞和落梁破坏。     

减隔震梁式桥抗震分析的单振型反应谱法修正方法

普通非隔震桥梁中,支座刚度大,主梁对下部结构有较大的约束作用,采用单振型反应谱法计算结构内力,精度较高。而减隔震桥梁中,支座等效刚度较小,上下部结构联系弱,振动分离,采用单振型反应谱法计算结构内力,误差较大。为了提高采用简化算法计算一般减隔震梁式桥结构内力的精度,根据此类桥梁前2阶振型的振动特性及作用效应,提出并研究基于单自由度模型的单振型反应谱法修正方法,并通过与具体算例的多模态反应谱法的计算结果进行对比分析,对单振型反应谱法修正方法在减隔震梁式桥抗震分析中的计算精度和适用范围进行研究。研究结果表明:对于一般减隔震梁式桥,采用单振型反应谱法计算时,基本周期、梁体位移、支座位移的计算精度较高,但墩底剪力、墩底弯矩的计算精度严重偏低;采用单振型反应谱法修正方法计算时,可大幅提高墩底剪力、墩底弯矩的计算精度。     

强震作用下LRB规则连续梁桥简化设计方法研究

基于等效线性方法及等效塑性铰理论,根据铅芯橡胶支座(LRB)规则连续梁桥的动力特性以及强震作用下隔震支座和桥墩非线性特征将规则连续梁桥结构简化为单自由度体系,并对于体系的等效刚度及等效阻尼比进行了估计.选取主梁位移及桥墩墩顶位移作为目标位移,利用修正的长周期高阻尼位移反应谱进行了基于位移的桥梁抗震设计.最后给出了设计实例,设计结果与采用SAP2000计算的弹塑性时程分析结果比较满足工程精度要求.适用于具有不同性能水平下的规则型LRB隔震桥梁的初步分析和设计,可以为强震作用下LRB隔震桥梁地震反应分析提供参考.     

双层连续梁桥等效线性化方法隔震分析

为了在现行桥梁设计软件上进行连续梁桥的隔震分析,模拟铅芯橡胶隔震支座在地震、温度荷载作用下的非线性,研究了采用等效线性化方法进行桥梁隔震分析的步骤与精度。假设支座初始刚度,加载计算支座的相对位移,并得到支座水平刚度,经过反复迭代得到铅芯橡胶隔震支座的等效刚度。在此基础上将体系简化成线性系统按弹性方法进行计算,以安装了铅芯橡胶隔震支座的双层连续梁桥为例,分别计算等效模型和非线性模型在水平地震、均匀升温、横向风荷载和制动力作用下的响应,并讨论了等效线性化方法计算时的相关问题。与非线性分析结果比较,等效线性化法可以模拟水平地震和温度荷载作用下支座的非线性,结果满足桥梁工程的精度要求。隔震支座在横向风荷载和制动力荷载作用下一般不会屈服,使用第一刚度计算即可。     

近断层地震动对隔震桥梁地震反应的影响

采用Midas/Civil对隔震桥梁进行了不同类型多维地震动作用下的地震反应分析,研究了近断层脉冲型地震动及其特性对隔震桥梁地震反应的影响,表明近断层脉冲型地震动使隔震桥梁的地震反应明显增大,隔震支座的水平变形较大,易造成支座破坏,甚至产生落梁;结构的地震反应随着地震动PGV/PGA的增大而近似呈线性增大,其中PGV/PGA对支座位移和梁体位移的影响最大。因而在近断层区域进行隔震桥梁设计时应重点考虑地震动的脉冲效应对桥梁地震反应的影响。     

曲线箱梁桥减隔震支座的适用性研究

文中以一座城市立交匝道桥为背景,以墩底内力和联间梁端相对位移为评价指标,对减隔震支座在曲线箱梁桥中的适用性展开研究。结果表明,减隔震支座能大幅降低桥梁结构的地震响应,同时减隔震支座能让各桥墩更好地共同工作,使钢梁和混凝土梁在地震作用下变形协调,减小联间梁端的顺桥向相对位移。摩擦摆隔震支座对内力和位移的控制均优于橡胶隔震支座。     

随机地震动作用下减隔震支座连续梁桥可靠度分析

为分析减隔震支座连续梁桥的可靠度,采用双过滤地震动模型模拟地震地面加速度功率谱,运用功率谱法进行减隔震支座连续梁桥的动力反应分析,得到各个减隔震支座的响应峰值统计量;以减隔震支座的相对位移作为控制指标,建立极限状态方程,依据JC法用MATLAB编程计算各减隔震支座的失效概率,并根据串联模式计算减隔震支座连续梁桥的总体失效概率。某4×25m减隔震支座连续梁桥设置板式橡胶支座和铅芯橡胶支座,采用该法进行随机地震动作用下桥梁可靠度分析。结果表明:在Ⅰ～Ⅳ类场地结构响应的变异系数只与结构本身有关;随着场地类别的逐渐不利,结构响应的离散程度越来越大;铅芯橡胶支座的抗震性能明显优于板式橡胶支座。     

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。     

考虑邻梁碰撞的多跨长简支梁桥落梁震害分析

以1976年唐山地震破坏的滦河桥为例,选择合适的地震波并以行波方式输入,利用时程分析法研究了邻梁碰撞对多跨长简支梁桥落梁震害的影响问题,得到了几点共性认识:①碰撞一般首先发生在近震源的桥台处,为几跨几乎同时发生的同向追赶碰撞,此类碰撞以行波方式向桥梁远端传递,并因伸缩缝宽度的累加作用而使碰撞逐渐减弱;②桥梁中部各跨因远离桥台,运动受约束较弱,加之受桥梁端部各跨的碰撞推顶作用,墩梁间将会发生更大的相对位移,易在强烈地震中首先发生落梁;③输入加速度峰值正、负不同,邻梁碰撞对全桥墩梁最大相对位移发生与分布的影响有很大不同。基于实际震害和纵桥向非线性地震反应分析,提出了近断层地震动可能是造成滦河桥落梁震害重要外因的新观点。     

连续梁桥纵向地震碰撞反应参数研究

针对连续梁桥在地震作用下伸缩缝处的碰撞现象,建立了考虑支座非线性和墩柱弹塑性的碰撞模型。在此基础上,应用非线性时程方法研究了纵向地震作用下连续梁桥相邻联的非同向振动和伸缩缝处的碰撞效应。分析结果表明:影响碰撞反应的主要因素是相邻联的周期比和基本周期的大小,相邻联的质量比、伸缩缝间隙大小以及墩柱的弹塑性等因素对连续梁桥地震碰撞反应也有重要影响。同时还发现:碰撞对高度不同向振动的相邻联影响较大,当相邻联的周期比T1/T2>0.7时,碰撞对连续梁桥纵向地震反应的影响较小。     

不同地震烈度下隔震连续梁桥模型振动台试验

为了研究在不同地震烈度下不同类型场地的隔震连续梁桥结构的振动特性和隔震效果,根据一座在建的两跨隔震梁桥,按1/10的比例设计了一座两跨隔震梁桥模型及试验用方形铅芯橡胶支座,并对其力学性能进行试验;在此基础上对梁桥结构模型进行了地震模拟振动台试验。结果表明:地震动的幅度和频谱成分、场地类别、地震烈度、断层等因素对隔震桥梁体系的隔震效果有很大影响;输入不同地震波和不同加速度峰值,小震时铅芯橡胶支座水平刚度较大,结构较稳定,大震时铅芯橡胶支座水平刚度较小,支座恢复力-位移滞回曲线面积较大,可以较多地耗散地震输入能量,减小能量向桥梁上部结构的传递。     

大跨双塔斜拉桥的动力特性与地震响应分析

结合某大跨双塔斜拉桥工程设计实例,采用大型有限元软件ANSYS建立了三维有限元计算模型,分析了该桥的动力特性,并采用反应谱法进行了地震反应分析。研究结果表明:由于采用了半漂浮斜拉桥体系,主梁梁端位移较大,极易造成主、引桥间碰撞且对两端伸缩缝不利,可采用弹性约束或设置阻尼器等措施来限制主梁梁端位移。     

高速铁路无支座整体式刚构设计

为与相邻公路桥对孔布置并具有较优的结构性能,新建福州至厦门铁路泉州湾跨海大桥引桥采用多联(3×70)m无支座整体式刚构,该桥型全桥不设支座,边墩与中墩均与主梁固结形成整体刚构。该桥主梁采用预应力混凝土箱梁;墩高20~50 m,中墩采用实体墩或空心墩,边墩采用薄壁墩,相邻联边墩共用基础。通过在相邻梁端加装横向限位器、应用无砟轨道小阻尼扣件、边墩顶梁段采用两交界边墩临时固结后悬臂浇筑施工等措施较好地解决了梁端相对横向位移、轨道适应性及海上施工等问题。对该无支座整体式刚构桥结构性能进行分析,结果表明:其各项指标均满足规范要求,具有较好的经济性、抗震性能和景观效果。     

复杂环境下连续弯钢箱梁耐火性能提升方法

交通类火灾严重威胁钢结构桥梁的耐久性和安全性。为提升复杂环境(开放火灾和弯桥荷载)下连续弯钢箱梁的耐火性能,增强钢结构桥梁的安全服役寿命,选取大型立交桥枢纽工程中两跨连续弯钢箱梁为研究对象,通过建立耐火试验验证的钢箱梁与混凝土刚性基层协同工作的数值预测模型,深入揭示开放环境碳氢火灾下传热模式和结构特征耦合的箱梁力学行为演化规律。研究了局部环境火灾作用下结构的高温响应与失效模式,分析了复杂荷载状况、弯曲半径与支座布置方式对连续弯钢箱梁火灾响应行为的影响,提出了复杂环境下连续弯钢箱梁的耐火性能提升方法。研究结果表明:连续弯钢箱梁在火灾下的内外侧挠度差值不断增大,主梁内外侧支座反力的变化呈相反趋势,并且在受火初期支座反力变化程度剧烈;受火区域边缘靠近中支点的底板与腹板严重屈曲从而先形成塑性铰,然后在受火跨跨中形成塑性铰,随即整跨结构发生突然性垮塌;荷载水平的增大会显著缩短其耐火极限,受火前期及时撤离桥上的车辆荷载能够有效地延缓变形发展并且避免结构的突然性垮塌;曲率半径小于200 m会显著加剧连续弯钢箱梁高温下的弯扭耦合效应,增大主梁内外侧挠度差值与内外侧支座反力变化幅度,削弱火灾下结构的整体稳定性能;在钢结构桥梁抗火设计时中支点应设置抗扭支座,常温下支座的布置方式对火灾下连续弯钢箱梁的支座受力状况改善甚微,应在支座与梁端附近增设外部限位装置以防止结构变形过大。研究结论可为提升复杂环境下钢结构桥梁抵抗火灾的能力以及增强安全服役寿命提供设计依据。     

碳氢火灾下钢-混组合梁破坏试验研究

为研究钢-混组合梁(钢结构桥梁)遭遇碳氢火灾时的耐火性能与抗火设计方法,设计制作了3榀大比例钢-混组合缩尺试验梁,包括简支体系箱形截面梁、连续体系箱形截面和双肋工字形钢截面梁。开展了碳氢火灾下(前期燃油急速升温和后期天然气维持高温)简支梁跨中受火和连续梁单跨局部受火试验,获悉了截面温度场、受火跨和非受火跨挠度变化路径、裂缝发展模式、钢板屈曲特征和破坏模式。分析得到了组合梁在碳氢火灾下的耐火极限,深入揭示了组合梁截面类型和结构体系对组合梁耐火性能的影响机理。试验结果表明:混凝土具有显著的热沉效应,火灾下钢梁的升温速率远快于混凝土板,停火后钢梁温度迅速降低而混凝土板温度持续升高,混凝土板上层的温度在停火48 min后仍然呈走高趋势;碳氢火灾下简支体系钢-混组合梁的挠度从初期就表现出快速增大的趋势,最终因挠度过大而失效;连续体系钢-混组合梁受火跨的挠度在初期增长较为缓慢,最终由于墩顶负弯矩区和跨中正弯矩区均出现塑性铰,梁转为机构体系,使得跨中挠度快速增大而破坏;连续体系钢-混组合梁非受火跨由于变形协调性先上拱,随后由于受火跨刚度衰退转向下挠;闭口截面箱梁仅外表面受火,其耐火性能显著优于双肋工字形钢截面梁,在相似荷载水平下其耐火极限分别为48 min和42 min;连续体系钢-混组合梁由于多余约束的存在,从受火开始就发生剧烈的内力重分布和变形协调,相较于简支梁,其耐火极限可提高100%;高温下连续体系钢-混组合梁出现的塑性铰与常温下的不同,是一种刚度逐渐降低的时变塑性铰。研究成果可为钢结构桥梁的耐火试验方法提供指导依据,也可为其抗火设计方法奠定理论基础。     

桥梁结构地震碰撞效应及防落梁措施研究现状

介绍了桥梁结构地震碰撞效应及防落梁措施方面的一些近期进展。在介绍了接触碰撞问题的计算理论及分析方法的基础上,对地震作用下相邻桥梁结构间碰撞效应的理论以及试验研究进展进行了回顾和总结;并针对地震中桥梁上部结构发生落梁的问题,介绍了减轻相邻梁体间碰撞的措施、桥梁伸缩缝处的支承宽度、纵向限位器的设计方法、横向抗震挡块的设计方法等研究方面的进展,分析了各国抗震设计规范对桥梁伸缩缝处支承宽度的规定,同时指出目前我国在这方面研究的欠缺。