新型自耗能高墩抗震性能研究

针对震后超高墩薄壁结构损坏难以修复的问题,提出一种由混凝土角柱、装配式钢连梁和混凝土薄壁板组合而成的新型自耗能高墩结构体系。根据新型自耗能高墩体系提出相配套的连接构造方法:混凝土薄壁板采用耗能效率更高的单向约束方式,仅上、下部通过螺栓与钢连梁连接,并通过齿形混凝土后浇带保证板与梁的连接刚度;钢连梁采用工字形截面更利于与混凝土板的连接处理,并与角柱采用焊接刚性连接,以使钢连梁形成更多的塑性铰。以某薄壁高墩桥梁为参照,在截面特性相似的前提下设计1∶15的新型自耗能高墩模型,进行低周反复试验,并用数值模拟方法对2种形式墩柱的抗震性能进行对比分析。试验模型制作过程验证了上述构造设计的便利性和可行性。试验结果表明:新型自耗能高墩除具有震后修复便利的明显优势外,其耗能能力、承载力、延性变形能力均优于传统形式的薄壁墩;在正常使用阶段,新型自耗能高墩具有较大的空间刚度;在遭受设计地震作用时,混凝土薄壁板为主要耗能构件率先进入耗能阶段;在遭受罕遇地震作用时,钢连梁作为二级耗能构件通过屈服耗能来保护承重的角柱,震后仅需对损伤的薄壁板及钢连梁进行替换,即可完成结构的修复。     

无黏结预应力桥墩桥梁结构耐震时程分析

为了研究耐震时程法对于预应力钢管混凝土自复位桥墩桥梁地震响应捕捉的可行性,拓展其在结构领域的研究范围,进行了此方法在配有无黏结预应力桥墩桥梁的地震适用性分析。以一座采用预应力钢管混凝土桥墩的典型四跨连续梁为研究对象,在OpneSees软件中建立其三维有限元模型,并采用通过与增量动力分析(IDA)结果对比的方法,验证了ETM预测自复位桥梁地震响应的可行性;在可行性验证基础上,进一步采用耐震时程法分析了桥墩中引入预应力对自复位桥梁体系地震响应的影响。结果表明:耐震时程法可用于进行预应力自复位桥墩桥梁结构抗震性能评估,其能较好地预测出自复位桥梁结构的预应力大小和残余位移等地震响应。墩柱中的预应力对桥梁地震响应的影响与支座形式和地震动强度有关,对于上部结构,预应力能够减小主梁位移,但会增大固定支座的剪力;对于下部结构,顶部为滑动支座的墩柱受预应力影响较小,而顶部为固定支座的墩柱会因施加预应力而显著增大地震内力。因此,在进行此类桥梁抗震设计时,需综合考虑结构体系布置和桥址处地震基本烈度。     

高墩大跨连续刚构桥地震作用非线性时程分析

以某山区高墩、大跨连续刚构桥为对象,采用ES软件建立桥梁有限元模型,通过弹塑性时程分析,进行E2地震作用下桥梁下部结构地震响应分析及墩柱弯曲能力验算,所得结论可为类似桥梁的设计建造参考借鉴。     

大跨高墩刚构与低墩连续组合桥梁纵向抗震结构体系分析

为研究横跨U形深峡谷地带桥梁纵向抗震结构体系,以高烈度区的某150m高墩连续梁桥结构体系为背景,建立了三维空间有限元模型,研究了不同类型墩梁约束结构体系的抗震性能,确定了高墩刚构+低墩连续组合桥梁结构。以桥梁关键截面内力响应和梁端位移为比选阻尼器参数评价指标,确定了梁端黏滞阻尼器参数,研究了高墩大跨度连续刚构桥梁端设置纵向阻尼器的减震效果。研究结果表明,在横U形深峡谷地带修建连续梁桥,适宜选用高墩刚构与低墩连续组合桥结构体系,且在桥梁端设置黏滞阻尼器,墩底纵向弯矩、梁端位移、墩梁相对位移等得到了有效地控制,确保了高烈度区高墩大跨度连续梁桥的抗震安全性。     

高墩大跨桥梁多自由度拟动力试验设计分析及试验验证

为改善高墩等质量连续分布体系单自由度拟动力试验的精度,以牛栏江大桥为例对该类结构的多自由度拟动力试验进行研究,并对加载模型进行合理减化。通过多自由度结构动力反应分析理论、高柔结构地震反应数值计算及桥梁简化模型的振动台试验,分析高阶振型对高墩大跨桥梁地震反应的影响。结果表明:对于高柔结构,采用等效单自由度体系的拟动力试验的位移结果是准确的;高阶振型对高墩大跨桥梁等高柔结构地震反应的基底剪力和基底弯矩影响较大,影响程度与地震波的频谱特性有关;在特定地震动作用下,2阶振型会对高柔结构的基底弯矩和基底剪力起主要贡献,故百米级高墩的拟动力试验等效为2自由度体系进行加载是合适的,若采用等效单自由度体系进行试验,应变及试验现象可能与实际不符。     

山区受灾桥梁病害成因分析及加固技术研究

以山区某互通匝道桥为工程背景，研究存在固结墩的弯曲桥梁在山体滑坡作用下的病害问题，确定山体滑坡对桥梁破坏的机理，并提出有效的加固方案。结果表明，第三联桥梁结构绕5号桥墩发生了逆时针转动；3号、4号、6号桥墩的内侧墩柱顶部的横向位移更大，6号桥墩顶部横向位移为曲线内侧方向，3号、4号桥墩顶部横向位移为曲线外侧方向。结合现场检测及计算结果，对原墩柱施加强制位移量，反算边坡失稳后传递到各个墩柱上的推力大小和方向，将各个墩柱所受的推力进行矢量叠加，确定边坡失稳所产生的推力大小及方向，计算结果与实际破坏力基本一致。滑坡体上的桥梁结构破坏，一方面是由于连续降雨致使土体松动，不足抵抗下滑力；另一方面是由于新建桥梁时滑坡体稳定性较差，设置的抗滑桩不能有效地抑制滑坡体滑动。     

山区高墩大跨径连续刚构桥梁抗震研究

高烈度地震山区高墩大跨径连续刚构桥梁具有桥墩高度大、跨径大、相邻桥墩高度差异大、上部结构质量大、地震力大的特点,抗震设计在桥梁设计中起决定性作用。为了提高桥梁抗震性能,从桥墩型式、桥墩刚度匹配、耗能减震等方面进行了研究,提出了几点技术措施:(1)主墩采用内灌外包钢管混凝土格构柱+钢筋混凝土肋板组成的空心薄壁墩,减轻下部结构质量,降低了桥墩刚度,减小桥墩地震力;(2)优化高、低墩截面尺寸,使桥墩刚度、强度与所受地震力相匹配,并减小地震作用下桥梁位移;(3)在梁端设置粘滞阻尼器,减小纵桥向地震力和位移。     

耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座隔震桥梁抗震性能研究

为了提升梁式桥结构的抗震性能,提出了新型耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座(SCSLRB),并基于形状记忆合金(SMA)滞回特性提出了耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座隔震桥梁减隔震参数设计方法。首先,基于OpenSees平台分别建立耗能型滑移铅芯橡胶支座(EDSLRB)与形状记忆合金索的数值模型,分析了往复荷载作用下的滞回响应,并与试验结果进行了对比,验证了数值模型的准确性,进一步建立了耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座数值模型。在此基础上,选取某3跨隔震连续梁桥,采用提出的减隔震参数设计方法,对耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座参数进行了优化设计,并基于支座最优参数进一步研究了减隔震参数设计方法的适用性与耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座隔震桥梁的抗震性能。结果表明：新型耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座参数设计方法可有效得到隔震系统的最优参数;基于最优参数的新型耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座隔震桥梁的自复位与耗能性能显著提升,能够实现主梁峰值位移、支座残余位移与桥墩地震剪力、弯矩的双重有效控制。其中,主梁峰值位移减幅达18.5%,支座残余位移显著减小,桥墩墩底剪力最大增幅仅为8.3%,支座耗能最大增幅达14.8%。研...     

连续刚构桥单双薄壁墩地震响应的对比分析

单双薄壁墩是连续刚构桥桥墩常见的两种形式,论文对比研究了它们对高墩大跨弯连续刚构桥动力及地震响应的影响规律。以某座桥梁工程为背景,建立了空间有限元分析模型,分析了墩底固结和桩土共同作用两种工况下连续刚构桥的自振特性,在此基础上,利用线弹性的时程分析法,对两种桥墩形式下结构的地震响应进行了对比分析。结果表明,相同条件下采用双薄壁墩可以有效地减小主梁的弯矩响应和位移响应,降低墩底应力,所有这些都是以增大双薄壁墩底轴力为代价的。其研究成果可供桥梁初步设计及弹性抗震设计参考。     

钢筋混凝土材料对薄壁高墩结构非线性稳定性的影响

以某大桥为工程实例,利用ABAQUS有限元分析软件,以不同材料参数为研究重点,对大桥的薄壁高墩结构的稳定性进行了非线性弹性稳定仿真分析,探讨了不同用量钢筋混凝土材料与薄壁高墩结构非线性稳定性之间的影响关系,为今后本类桥梁的设计和施工提供可以借鉴的经验。     

薄壁空心高墩的设计与分析

薄壁空心高墩适用于多种复杂地势,且具有相当的柔性,可较好应对上部结构变形。与此同时,其空心结构可极大减少工程用料和自身重量,在高墩桥梁中应用广泛。本文运用ANSYS软件建立了墩身空间梁单元模型,同时考虑温度效应影响,分析薄壁空心高墩几何非线性特性的考虑与否所导致墩顶位移及墩底弯矩变化情况。本文为薄壁空心高墩在设计过程中的结构安全控制奠定了一定的基础,可供同型桥梁参考借鉴。     

某高墩大跨连续刚构桥主墩优化设计研究

选择合理的桥墩型式是降低高墩大跨连续刚构桥造价的有效措施。以瓦厂特大桥的设计为背景,将原设计主墩采用的组合墩墩型,优化成单肢空心薄壁墩,通过建立各墩型的空间有限元模型,进行对比分析。结果表明：两种主墩墩型的梁部应力水平相当;单肢空心墩稳定性优于组合墩;在最大双悬臂施工状态下,采用单肢空心薄壁墩强度安全系数较组合墩小,但成桥后安全系数相当;采用单肢空心薄壁墩经济性优于组合墩,能大幅节省造价,在施工质量与工期方面具有明显的优势。研究结果可为今后山区同类的桥梁提供一定的借鉴和参考意义。     

不同承台结构形式对大跨刚构桥抗震性能的影响分析

为探究高烈度区不同承台结构形式对大跨预应力混凝土连续刚构桥梁抗震性能的影响,以某座108 m+188 m+108 m双幅双肢薄壁墩连续刚构桥为工程背景,采用时程分析方法对该桥进行三向激励,对比研究纵联横离式、纵联横联式、纵离横离式、纵离横联式共4种承台结构形式对两幅桥墩柱和桩基内力、位移动力响应的影响。结果表明：采用纵离的承台形式在纵向地震下,桩基内力需求降低了30%~70%,墩柱内力需求降低了26%~33%,且与纵联的承台形式相比,桩身拉力减少较多;采用横联的承台形式在横向地震下,桩身轴力需求降低11%,且基本不存在拉力,桩基和墩柱的内力响应虽分别增大30%和16%,但与纵向减小量的相比,增加幅度较小。因此,为提高特大桥全寿命周期的安全性和经济性,对于以地震响应为控制设计核心要素的高烈度区大跨连续刚构桥梁,建议采用纵离横联式的承台结构形式。     

初始偏位梁式桥墩柱力学性能分析

对于中小跨径梁式桥,墩高较大且墩柱数量较多,施工过程中墩柱偏位现象时有发生。围绕墩柱初始偏位,归纳墩柱偏位出现类型,分析其内力分布特征,并以某墩柱偏位超限高墩连续梁桥为例,建立全桥杆系结构与墩柱实体结构有限元模型,分析墩柱偏位超限对主梁、墩柱的内力、变形及稳定性的影响。结果表明:从理论上,墩位偏位后将产生附加的弯矩、剪力和轴力,放大墩柱的压弯剪作用,改变墩位的受力状态,甚至使最大弯矩出现位置发生改变;文中实例属于缺陷墩,但桥梁结构的固有频率、屈曲模态、地震响应特性、主梁的内力及变形无明显变化。形成缺陷墩后,墩柱最大弯矩略有增加,钢筯压应力值有所增大,而钢筋拉应力及混凝土主拉应力均无明显变化。     

填充式钢管阻尼器性能及在桥梁横向减震中的应用

中小跨径桥梁采用板式橡胶支座时，在横桥向地震作用下起到一定的隔震作用，但是墩梁相对位移偏大，主梁容易与挡块发生碰撞，甚至发生横桥向落梁等严重震害。为提高桥梁横向耗能能力，减小地震作用下主梁的侧向位移，研发了一种填充式钢管阻尼器，阻尼器与板式橡胶支座共同组成了桥梁横向减震系统。地震作用下，板式橡胶支座传递竖向荷载并提供一定的横向位移能力，填充式钢管阻尼器通过塑性变形耗散部分输入的地震能量，可以有效减小墩梁相对位移。首先阐明填充式钢管阻尼器的工作机理，试验研究其滞回性能和失效模式，并提出实用简化分析模型。在此基础上，以一座简支小箱梁桥为例，给出填充式钢管阻尼器主要参数的选取过程，分析了主梁和墩顶位移、桥墩与土-结构相互作用力以及填充式钢管阻尼器和桥梁挡块的滞回性能。结果表明：在地震作用下，填充式钢管阻尼器耗能和变形能力远大于钢筋混凝土挡块，附加填充式钢管阻尼器后，墩梁相对位移明显减小，而墩顶位移和墩底内力等变化不大，附加填充式钢管阻尼器后不会对桥墩、桩基等构件产生不利影响。     

菱形钢阻尼减震支座与性能分析

针对中小跨径的梁式桥,围绕支座滑动、隔断地震力以及后续梁体的地震限位问题,本文提出一种同时具备优良滞回耗能特性和工程可实践性的菱形钢阻尼减震支座。首先详细介绍了该种支座的构造形式和工作机制,并通过数值仿真的技术手段研究了菱形钢阻尼元件的变形模式和力学行为,之后以一座典型的梁式桥为例,比较分析了滑动约束体系、采用菱形钢阻尼支座的减震体系、固定约束体系下墩底的剪力、弯矩需求以及墩-梁位移的地震响应情况,进而论证本文菱形钢阻尼支座的减震效果。     

大跨度连续梁桥的减隔震和延性抗震分析

采用加强固定盆式支座和墩柱强度的方法来强行保证大跨度连续梁桥在强震作用下的结构安全,固定墩会承受较大的地震力,由此导致设计的不经济性.针对上述现象,采用弹塑性减震耗能装置方案对强震区大跨连续梁桥进行减隔震设计.计算表明,通过合理设置装置的屈服力以及后屈曲刚度比,弹塑性减震耗能装置可以起到明显减小固定墩所受地震力、提高结...     

基于灌浆波纹管锚固连接的预制拼装RC墩柱抗震试验

预制拼装钢筋混凝土（RC）墩柱与承台连接节点的关键构造及其抗震性能是强震区应用预制装配技术需要解决的关键问题。目前灌浆波纹管连接预制拼装RC桥墩主要应用于非强震区,其抗震性能和地震失效模式研究远落后于工程实践,针对此类问题,采用灌浆金属波纹管锚固钢筋技术连接预制拼装RC墩柱与承台,开展预制拼装RC墩柱拟静力往复加载试验研究。通过对比分析预制拼装RC墩柱与现浇RC墩柱的损伤演化过程、局部钢筋应变、失效模式和非线性力学行为评价基于灌浆金属波纹管锚固连接的预制拼装RC墩柱的抗震性能。结果表明：基于高强砂浆灌浆金属波纹管锚固连接的预制拼装RC墩柱的抗侧强度和现浇墩柱基本一致,但位移延性和耗能能力略低于现浇桥墩;预制拼装RC墩柱的损伤主要发生在墩底与承台接缝层的上下界面处以及墩柱底部塑性铰区域,承台内预埋波纹管锚固钢筋均未发生黏结滑移破坏;基于灌浆金属波纹管锚固钢筋连接技术可应用于强震区预制墩柱与承台的拼装连接。     

不同墩柱形式的城市高架桥抗震性能研究

为研究不同墩柱形式对城市高架桥抗震性能的影响,选择合适的城市高架桥墩柱形式,依托3跨连续城市高架桥,采用SAP2000建立有限元模型,通过非线性时程分析结果对4种墩柱形式下城市高架桥的抗震性能进行分析。研究结果表明：城市高架桥双柱式桥墩设置盖梁和系梁会增大桥墩的横向刚度,使结构横向振动周期变小；桥墩设置盖梁和系梁会增大纵向地震作用下桥墩的受力；桥墩设置盖梁和系梁可以改变横向地震作用下桥墩的受力分布,使墩身弯矩变小,但会使剪力增大；盖梁和系梁的设置对摩擦摆支座和墩梁相对位移影响较小。研究成果可为同类型桥梁抗震设计提供参考。     

外置耗能器对自复位预制RC桥墩抗震性能的影响研究

以中国已建成的首座震后自复位桥梁-京台高速（北京段）黄徐路跨线桥为背景,结合自复位结构和装配式结构的特点,发展自复位预制RC桥墩新型结构。设计并制作对桥墩抗侧强度贡献率分别为0,20%及40%的3组外置耗能部件,并对3组自复位桥墩进行水平拟静力往复试验研究。通过桥墩变形和损伤演化过程、力-位移滞回曲线、骨架曲线、试件耗能能力、预应力筋张拉力变化、残余位移、接缝开口和受压区高度变化等评估自复位预制RC桥墩的抗震性能及外置耗能器对其影响。研究结果表明：外置耗能器耗能段均出现明显的高阶屈曲形态,耗能作用明显,附加外置耗能器自复位桥墩的滞回曲线呈明显的“旗帜”形;耗能器的抗侧强度贡献率越高,墩柱的滞回曲线越饱满,墩柱的耗能能力和抗侧承载力也明显提高;加载至偏移率3.5%时,自复位预制墩柱抗侧承载力无明显下降,表现出良好的延性性能;随墩顶水平位移增加,墩柱内轴向预应力筋张拉力基本呈线性增加,建议墩内竖向预应力筋初始张拉力不超过名义屈服强度的70%;为保证自复位墩柱具有较小的残余位移,建议附加外置耗能器对桥墩的抗侧贡献率不宜超过40%。研究可为自复位预制RC桥墩的结构设计、数值模型验证和工程实践提供参考。