地震作用下考虑土-桥台-上部结构相互作用的大跨桥梁伸缩缝处碰撞效应研究

为了给大跨桥梁抗震设计提供参考,针对西部山区强地震带常见的高墩大跨桥梁,考虑土-桥台-上部结构相互作用以及支座的滑动效应,采用非线性时程法对地震作用下大跨桥梁伸缩缝处碰撞效应进行了研究。采用非线性弹簧模拟桩基-土体相互作用以及台背填土的弹塑性变形,采用双线性滞回模型模拟支座的滑动效应,并采用接触单元法模拟主、引桥梁体间以及引桥梁体-桥台背墙间的碰撞反应。研究结果表明:主、引桥梁体间以及引桥梁体-桥台背墙间若发生连锁碰撞效应,桥台背墙将会遭受较大的撞击力作用,过大撞击力使得台背纵向位移、台后填土塑性变形以及桥台桩基的地震响应显著增大,易引起引桥桥台破损、桩基断裂以及引桥梁体落梁等震害。     

地震动行波作用下大跨斜拉桥与引桥伸缩缝处碰撞效应研究

以一座典型大跨斜拉桥为研究背景,采用SAP2000Nonlinear有限元程序,考虑地震动行波效应以及主桥-引桥伸缩缝处碰撞效应的影响,建立了桥梁结构三维非线性计算模型,采用非线性动力时程分析法,分析了地震动行波作用下大跨斜拉桥主桥—引桥伸缩缝处碰撞效应对结构地震响应的影响。研究结果表明,地震动行波作用下大跨斜拉桥主桥—引桥伸缩缝处碰撞效应对引桥结构地震响应的影响较大,与一致激励下主桥-引桥碰撞效应相比,不仅会在伸缩缝处激起更大的撞击力,而且会使得两侧引桥梁端位移、主梁-过渡墩相对位移以及固定墩地震响应显著增大,更易导致引桥桥墩破坏或梁体落梁。     

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。     

考虑主梁碰撞效应的减隔震连续梁桥设计与计算

美国北岭地震(Northbridge)、皮瑞塔地震,中国的汶川地震等调研资料表明伸缩缝处的破坏是桥梁的主要震害之一。采用隔震设计的桥梁其伸缩缝变形量不仅要根据温度变化计算,同时必须考虑由于相邻联桥之间的地形、几何线形(斜交)、刚度变化等因素,结合伸缩缝处在地震时出现的碰撞情况来设计变形量。使用隔震技术的桥梁如果仅从墩柱强度和延性出发而没有上部构造做相应配合,则其收效甚微。该文以乌鲁木齐绕城高速公路某桥作为背景,考虑地震情况下可能发生伸缩缝处的主梁碰撞效应,对与隔震技术配套使用的伸缩缝进行了动力时程分析和研究。通过对不同伸缩量的比较和不同地震强度等级下的计算,明确了伸缩缝的选择原则。研究了相邻跨周期比对地震中主梁碰撞的影响,同时对强震下桥梁结构的安全进行了评估分析。     

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。     

纵向地震作用下大跨斜拉桥主引桥碰撞效应研究

地震作用下大跨斜拉桥梁端会发生很大位移,过大位移可能会导致主梁与引桥发生碰撞。针对地震作用下大跨斜拉桥伸缩缝处的碰撞现象,以一座大跨斜拉桥工程设计为例,采用非线性时程法研究了纵向地震作用下大跨斜拉桥主引桥碰撞效应对结构地震反应的影响规律。研究结果表明:碰撞效应不仅会产生很大的撞击力,而且可能使引桥地震力需求、引桥梁端位移、主引桥相对位移及引桥梁体搭接长度需求有较大增长,极易造成引桥的落梁或者破坏;但碰撞效应对主桥的地震需求影响较小。     

汶川地震桥梁震害与延性抗震设计探讨

首先介绍汶川地震的震源机制,然后对地震中桥梁典型震害调查情况进行描述、归纳,结果表明:上部结构以落梁、局部碰撞破坏、纵向与横向移位为主要表现形式;下部结构存在桥墩折断、混凝土剥落、开裂、挡块普遍失效等震害现象,桥梁附属结构震害以支座移位与变形、伸缩缝张开或挤压、护栏开裂为主.最后对国内外延性抗震设计,尤其是细部设计进行了对比和探讨.     

地震作用下连续梁桥伸缩缝处单边碰撞效应研究

为研究多维地震作用下连续梁桥伸缩缝处的碰撞效应,基于接触单元法中Kelvin碰撞模型,利用Ansys建立了全桥有限元分析模型,并将EI地震波分为单向地震、双向地震、考虑扭转分量的多维地震3种不同工况,对比分析了3种地震作用工况下的连续梁桥伸缩缝处单边碰撞效应对梁体位移、墩顶位移及梁体应力的影响。研究结果表明:3种不同工况地震波作用下,考虑扭转分量的地震波作用工况下碰撞效应对桥梁结构的影响尤为显著,且碰撞效应对梁体各跨跨中的压应力影响非常明显,碰撞效应下桥梁跨中最大压应力结果为不考虑碰撞效应结果的7.8倍。     

公路桥梁震害分析及对策

地震会造成大量桥梁结构的破损,严重影响道路运输的正常运营。采取何种措施降低桥梁震害已成为桥梁工程的热点问题。从桥梁震害破坏形态上将桥梁震害的破坏分为上部结构破坏和下部结构破坏,重点分析了梁体偏移和落梁、支座破坏、伸缩缝和挡块破坏、墩台和基础破坏的现象及成因。结合调查分析,在桥位选择、抗震设计理念以及结构和构造等方面给出桥梁抗震的对策和建议,为桥梁设计、施工提供借鉴和参考。     

连续梁桥抗震措施优化组合及抗震效果研究

为研究采用不同组合抗震措施时,在防止连续梁桥梁体碰撞和落梁方面的抗震效果,以2联5×30m预应力混凝土连续梁桥为背景,分别采用伸缩装置(无阻尼)、伸缩装置(有阻尼)、伸缩装置(有阻尼)+限位装置、伸缩装置(有阻尼)+限位装置+连梁装置作为抗震措施,运用有限元软件建立全桥模型,比较分析超越概率水平为63.2%、10%、2%的地震波下结构的地震响应。结果表明:对桥梁结构逐步增设有阻尼伸缩装置、限位装置及连梁装置,可有效减小桥梁结构在地震作用下的过大位移,防止相邻梁桥碰撞,同时能够提高结构整体刚度、合理分配地震荷载。     

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.     

地震作用下LRB隔震桥梁碰撞临界间隙分析

采用LRB隔震支座增大了梁体在地震作用下碰撞的可能性,确定隔震梁桥邻跨间避免地震碰撞的最小间隙对于桥梁减隔震措施的设计有着显著意义.以隔震连续梁桥梁端相对位移为研究对象,通过桥梁结构拆分,运用振型分解法推导梁体在地震作用下相对位移的最大值反应谱计算方法.采用等效双线性铅销橡胶支座模型,通过迭代计算梁端相对位移并分析SRSS和CQC振型组合法适用性.采用非线性时程分析法计算连续梁的相对位移,验证了反应谱方法预测梁端地震临界间隙的可行性.结果表明:地震作用下梁端相对位移与相邻结构的周期和阻尼比有关,梁端采用CQC组合的反应谱方法能较好预测梁体在地震作用下梁体避免碰撞的临界间隙.提出了基于反应谱方法隔震桥梁间隙设计方法,可供设计人员参考.     

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。     

桥梁动力限位器设计研究

在地震中，由于桥联间伸缩缝处过大的变位会造成桥梁破坏，所以需要在支座宽度不足的伸缩缝间设置适当的限位器，以限制伸缩缝间的相对位移。基于反应谱法提出了耗能型限位器的计算方法。通过动力时程分析表明，该方法计算结果对于限制预期大的地震作用下桥联间的相对位移有明显的效果。     

桥台伸缩缝对多联桥跨结构地震碰撞响应的影响

针对地震作用下多联长桥结构中伸缩缝处的碰撞破坏,用接触单元模拟桥墩两联间伸缩缝和桥台处伸缩缝在地震作用下的碰撞效应,建立了4个包含墩柱、主梁、支座和伸缩缝的曲线和直线全桥空间分析模型,分别输入2组地震波的8种地震动工况,进行非线性时程计算,研究桥台伸缩缝的设置与否对多联桥跨结构地震碰撞响应的影响,提出取消桥台伸缩缝的设置可有效消除或减小多联桥跨结构中伸缩缝处的地震碰撞破坏。     

地震作用下城市立交抗震挡防撞措施分析

为了明确地震作用下抗震挡前设置防撞装置对结构抗震性能的作用,通过非线性时程反应分析,应用接触单元对比了城市立交中抗震挡设置了防撞装置后的结构抗震性能。由有防撞装置单墩模型参数分析以及一联简支梁设置与不设置防撞装置模型的对比分析可知:防撞装置的最大容许变形量是防撞效果的重要控制参数,在抗震设计中应综合考虑结构碰撞刚度、防撞装置可以提供的变形量以及构造许可等因素。     

映汶高速公路桥梁防震减灾技术的应用

映汶高速公路位于“5·12”汶川大地震的极重灾区。基于汶川地震灾区桥梁震害调查,结合映汶高速公路的桥梁设计,介绍高烈度地震区如何进行桥位选择、桥型方案的确定,提出新型的防落梁构造、减隔震技术等主要防震减灾措施,并在实际工程中取得了良好的应用效果,可在同类型高速公路工程中推广应用。     

三塔单索面PC斜拉桥的地震反应研究

考虑几何非线性因素的影响,利用大型结构分析程序ANSYS,以一座拟建的三塔单索面预应力混凝土斜拉桥为背景,进行动态时程分析。此类桥与单、两塔PC斜拉桥的地震反应存在一定的差异,本文分析了此类桥在纵向输入地震波作用下的地震动反应,并同谱分析的反应结果做比较,总结了此类桥的地震反应规律。最后参照活载作用下的内力、位移结果,证明该桥的抗震能力有保证。本文得出的结论对此类多塔斜拉桥的抗震设计有重要的参考价值。     

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。