近场脉冲型地震动下PHC管桩动力响应试验

为了研究预应力高强混凝土(PHC)管桩在近场脉冲型地震动下的动力响应,开展了桩基振动台试验。在近场脉冲型地震动和近场普通地震动作用下,对比和讨论了PHC管桩的动力特性、支撑的上部结构响应、加速度响应、动应变响应、损伤特征、动弯矩响应、最大曲率延性需求和动土压力响应。试验结果表明：在近场脉冲型地震动下,PHC桩的自振频率下降幅度高于近场普通地震动,最高可达20%。随着地震动强度增加,桩身刚度降低,进而导致上部结构的振动周期增加。在小震时,近场脉冲型和普通地震动下,上部结构的耗能能力相近;在中震和大震时,近场脉冲型地震动下,上部结构的耗能能力则明显高于近场普通地震动。相较于近场普通地震动,近场脉冲型地震动下桩的加速度放大系数在中震时增长了43%,在大震时增长了117%。此外,在近场脉冲型地震动下桩的加速度、速度和位移时程曲线的峰值均高于近场普通地震动。因此,在抗震设计中应充分考虑近场脉冲型地震动对管桩的不利影响。在上部惯性力和土抗力的共同作用下,桩身弯矩呈现出中上部较大、两端较小的分布特征。相比近场普通地震动,近场脉冲型地震动下桩的最大曲率延性需求较高。在中震和大震情况下,土体的滞后阻尼逐...     

等效成二自由度体系的规则梁式桥概率地震需求分析

以二自由度体系上下子结构的质量比、刚度比,下部子结构的屈服水平系数及自振周期等为计算参数编制程序,分析了这些参数以及场地条件对二自由度体系的位移及延性需求的影响规律,并回归得到了二自由度体系位移系数及延性需求的均值与标准差的计算公式,进而提出了二自由度体系概率地震位移延性需求分析的简化方法.最后,利用该方法对一全联采用板式橡胶支座联结的规则梁式桥进行了概率地震位移及延性需求分析,并与增量动力分析方法的结果进行对比,验证了该方法的有效性.     

近断层地震动合成方法及其对超大跨斜拉桥地震响应影响

为研究具有破裂前方效应和滑冲效应的2类脉冲型地震动对超大跨斜拉桥不利响应的影响,提出近断层脉冲型地震动合成的"分解-叠加"新方法,从频谱特性及结构地震响应两方面对该方法的有效性进行了验证。以苏通长江公路大桥为研究对象,分析了脉冲周期、脉冲速度峰值、脉冲数等参数对超大跨斜拉桥地震响应的影响规律。结果表明:近断层地震动高频成分对结构的响应不容忽视,"分解-叠加"法能够反映近断层地震动高频成分及低频脉冲成分对结构响应的贡献;具有滑冲效应的低峰值脉冲可激起主塔的高阶阵型,破裂前方效应地震动主要激起主塔的基本振型;当破裂前方效应和滑冲效应复合作用且两者同时达到脉冲峰值时,结构地震响应最为显著;脉冲速度峰值对斜拉桥主塔内力和位移等响应影响显著;不同脉冲周期的地震动作用下,滑冲效应引起斜拉桥地震响应明显高于破裂前方效应;脉冲个数为奇数的地震动较偶数的地震动对结构响应影响更为显著。     

RC桥墩加载刚度退化及等效阻尼比试验

为揭示钢筋混凝土实心墩和空心墩的刚度退化规律及等效阻尼比,以剪跨比、配箍率和配筋率为设计参数,开展了7个方形实心墩和7个方形空心墩的低周往复加载试验。基于拟静力试验结果,探讨不同设计参数对实心和空心墩的滞回耗能及刚度退化的影响,建立了等效阻尼比与位移延性系数之间的关系,给出方形墩等效阻尼比的统一计算模型。通过文献中8组试验结果评估既有等效阻尼比公式,并验证所提出模型的适用性。研究结果表明：剪跨比对滞回耗能的影响不显著,而增加配筋率则可提高构件耗能能力;剪跨比对刚度退化的影响较配筋率和配箍率大,剪跨比越小的试件刚度退化越快;位移延性系数μ<3时,刚度退化系数随位移延性系数的增加呈指数下降,位移延性系数μ ≥ 3时刚度退化系数随位移延性系数的增加呈线性下降;等效屈服前等效阻尼比与刚度退化系数呈线性关系,等效屈服后等效阻尼比与刚度退化系数呈指数关系。既有等效阻尼比公式中,Priestley、程光煜和张艳青等所提公式的计算结果与试验值较为接近;较既有公式,所建议公式的计算值与试验值更为接近,适用于估算方形实心和空心墩的等效阻尼比。     

近场脉冲地震作用下穿越断层带隧道地震响应

在地震动峰值、速度脉冲及结构的地震响应等方面,近场地震动常表现出和远场地震动不同的特性。依据地震动破坏势从NGA-West2地震动库中选出2条近场脉冲型地震动,并与2条远场地震动进行对比分析,从而得到其频谱特性,即近场脉冲型地震波具有较明显的速度幅值,PGV与PGA比值及PGD与PGA比值较大,速度敏感区位于长周期段等特点。结合都汶高速公路龙洞子隧道工程,建立穿越断层带的隧道结构三维有限元模型,并以横断面方向分别输入近、远场地震波进行计算,研究近场脉冲型地震作用下穿越断层带隧道结构地震响应特性。结果表明：在近场脉冲型地震动作用下隧道的等效应变峰值较远场地震动大,并且在速度脉冲特性更显著的集集地震波作用下的应变峰值更大;与远离断层处相比,在断层面附近隧道横断面的等效应变峰值分布规律发生了变化,其横截面等效应变峰值最大处由拱脚变为拱顶,且在4种地震波作用下拱顶处结构的等效应变均超过了混凝土的峰值应变,进入破坏阶段;断层带内的隧道地震响应明显强于围岩条件较好的地层中的隧道,而断层带与较好围岩交界面附近的隧道地震响应更为剧烈,应变峰值随距断层距离的增大而迅速衰减。所得数值模拟结果与实际震害现象一致,可以为近场脉冲型地震动作用下穿越断层隧道的抗震设防提供参考。     

预应力锚索桩板墙减震锚头弹簧刚度系数研究

以某高原铁路高烈度地震区路堑段为背景,采用有限元方法建立锚头设置弹簧组件的减震锚拉桩板墙分析模型,研究锚索体系刚度对桩板墙地震响应特征的影响规律,探讨锚头弹簧刚度的优化参数范围。结果表明:设置减震锚头的桩板墙锚索受力较普通锚拉式桩板墙结构有明显改善,地震作用下锚索拉力峰值、震荡幅值及残余拉力随锚索体系刚度降低近似呈线性减小规律,但锚索对桩身的约束作用减弱,桩顶动位移峰值及残余位移呈反“S”形增大。为了协调和统一地震作用下降低锚索拉力和桩顶位移的抗震需求,应根据桩顶水平位移的极限对锚头的弹簧刚度进行优化。     

双柱式矮墩系梁对桥梁抗震性能的影响

针对西南地震区装配式T梁桥的双柱式矮墩系梁设计,建立空间动力分析有限元模型,采用非线性时程波分析方法,进行系梁设计位置和尺寸的对比分析研究。结果表明,设置桥墩系梁后,桥梁横桥向刚度增大,横桥向自振周期和位移均减小;当桥墩系梁设置在桥墩中部时,桥梁整体抗震性能最优;实际工程中,在满足正常使用功能时,系梁应该选取抗弯刚度较小的结构形式。     

基于能量法的斜拉桥纵向1阶自振周期简化计算

针对现有漂浮体系和塔梁铰接体系斜拉桥纵向1阶自振周期简化计算中均忽略双向振动耦合效应影响的状况,采用Rayleigh能量法对这2种体系斜拉桥的纵向1阶自振周期简化计算公式进行了推导。首先,以斜拉桥在地震作用下纵向水平惯性力的传递路径为依据,分别建立了漂浮体系和塔梁铰接体系斜拉桥的简化计算模型;其次,考虑斜拉桥纵向1阶振型呈现出纵向振动与竖向振动相互耦合的特点,基于假定的漂浮体系、塔梁铰接体系斜拉桥主梁和主塔的纵向、竖向位移振动方程,分别对2种体系斜拉桥斜拉索、主塔、主梁的变形能及动能进行了分析和计算;最后,根据能量守恒原理推导了漂浮体系斜拉桥和塔梁铰接体系斜拉桥的纵向1阶自振周期简化计算公式。选取5座已建斜拉桥利用有限元软件进行1阶纵向模态分析,将理论推导结果与有限元计算值进行了对比。结果表明:所提出的简化公式的计算结果与有限元计算值吻合良好,相对误差均小于15%,简化计算方法具有良好的稳定性,可用于斜拉桥纵向1阶自振周期的估算;将漂浮体系斜拉桥纵向1阶自振周期简化计算公式与塔梁铰接体系斜拉桥纵向1阶自振周期简化计算公式配合使用,可为斜拉桥初步设计和方案比选提供参考。     

黏滞性阻尼器对千米级斜拉桥纵向减震效果的振动台试验研究

为了研究千米级斜拉桥纵向采用黏滞性阻尼器的减震效果,以一座主跨1 088 m的斜拉桥为工程背景,按相似理论设计制作了一座几何缩尺比为1：35的全桥振动台试验模型,通过改变塔梁间的连接方式,建立了塔梁间纵向无约束的非减震体系和塔梁间纵向采用黏滞性阻尼器的减震体系,选用4条具有代表性的地震动进行了4个振动台纵向一致激励的全桥振动台试验,然后将不同地震动输入下2种体系的试验结果进行对比分析。试验结果表明：千米级斜拉桥纵向无约束体系的地震响应受输入地震动的特性影响较大,对于长周期成分丰富,特别是对应于结构一阶周期的加速度谱和位移谱谱值较大的地震动,结构的地震响应较大;千米级斜拉桥非减震体系的地震响应同样也受输入地震动特性的影响较大;纵向采用黏滞性阻尼器的减震体系可以减小结构的梁端位移、塔顶位移以及塔底钢筋应变,但输入地震动的特性会影响黏滞性阻尼器的减震效果,对于特征周期较长、长周期成分丰富的地震动,黏滞性阻尼器的减震效果较好,而对于有明显速度脉冲的地震动,黏滞性阻尼器的减震效果相对较差,当地震动峰值加速度PGA为0.4g时,在场地人工地震动、Loma Prieta地震动作用下,梁端最大位移分别减小了62.41%、37.75%;对于有明显速度脉冲的地震动,需要选择阻尼系数更大的黏滞性阻尼器。     

西部冻融环境下隔震曲线梁桥抗震性能研究

曲线梁桥是现代交通的一种重要桥型,由于其平面不规则性导致的弯扭耦合效应,使得曲线梁桥的地震响应非常复杂。西部冻融地区混凝土曲线梁桥结构所处环境十分恶劣,桥梁在承受冻融循环作用的同时还会受氯离子等物质的侵蚀,导致的既有桥梁结构耐久性损伤,造成既有桥梁结构抗震性能退化。针对曲线梁桥弯扭耦合受力的复杂性,建立了隔震曲线梁桥在地震作用下的动力控制微分方程,选择合理的冻融环境下弹性模量退化模型,对隔震曲线梁桥进行抗震性能分析。分析结果表明,在地震作用下,对曲线梁桥不管是墩顶位移还是加速度,随着冻融循环次数的增加,动力响应值随之增大,相应的抗震性能随之降低。     

组合钢箱梁跨线桥抗震策略分析研究

文章针对钢箱组合梁跨线桥,按照延性体系和铅芯橡胶支座的减隔震体系进行了水平向设计基本地震动加速度峰值A=0.10g～0.30g和特征周期Tg=0.40s、0.55s下的抗震设计,给出了两种体系下主要桥梁结构构件的抗震配筋,并进一步比较了两种抗震体系的震后服务性能和经济性能。结果表明:减隔震抗震体系下的桥梁在震后服务性能略优于延性抗震体系;减隔震支座费用偏高,而延性体系则需要更多的构件配筋。     

初始预应力对节段拼装空心桥墩抗震性能影响试验研究

为探究初始预应力对采用无粘结预应力连接方式的节段拼装混凝土桥墩抗震性能的影响，采用拟静力试验对2组预应力引起轴压比分别为0.075和0.150的模型试件，在循环荷载作用下的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、延性性能、残余位移、刚度退化、预应力损失、耗能能力等指标进行了对比分析。结果表明：1) 2组试件破坏模式均为弯曲破坏；2)初始预应力水平的提高有助于降低试件的预应力损失，同时也会降低其延性性能和残余位移，但基本不会对试件的刚度退化和耗能能力产生影响，不建议通过提高初始预应力的方式提高侧向承载能力。     

近、远场地震下深水桥梁地震响应特性研究

以深水大跨连续刚构桥为分析对象,建立墩-水相互作用的有限元模型,研究动水压力对桥墩地震响应的影响,对比分析了近场、远场地震作用下动水压力对深水桥墩地震响应的影响规律。结果表明:随着水深的增大,桥墩结构的自振周期有所增大;同时考虑桥墩内、外域水的结构自振周期的增幅大于仅考虑外域水;附加质量比越大,动水压力对结构自振周期及结构动力响应影响越大;随着水深的增加,近、远场地震作用下桥墩地震响应值均有增加的趋势,但近场地震作用下桥墩结构的地震响应明显大于远场;近场地震作用下动水压力对桥墩地震响应值的影响大于远场地震,并且随着水深的增加,差异越明显。     

横系梁对双柱墩混凝土曲线梁桥地震反应的影响分析

为研究地震作用下,钢筋混凝土曲线梁桥中横系梁设置位置、刚度对结构受力的影响规律,以设置2道横系梁的双柱墩曲线梁桥为背景,考虑曲线梁桥的弯扭耦合效应和主梁间的非均匀碰撞效应,运用大型有限元软件ABAQUS建立桥梁的三维多尺度模型,设置6种横系梁位置工况,采用时程分析法分析不同位置横系梁对桥梁主梁、支座和桥墩的地震反应影响。最后,选择上述计算结果中较为合理的工况为背景,进一步研究横系梁刚度对桥梁地震反应的影响。研究结果表明:横系梁位置的变化对地震作用下曲线梁桥的主梁横向位移、支座受力、墩顶横向位移及墩底扭矩有比较明显的影响;横系梁沿墩柱较为均匀地分布时,对桥梁地震反应行为最为有利;适当地提高横系梁刚度可以减小桥梁的地震反应。     

扁平曲线箱梁静动力特性分析

应用空间有限元方法，建立了考虑不同力学因素的扁平曲线箱梁分析模型；通过对不同曲率半径的扁平曲线箱梁桥的静动力特性进行计算分析，明确了结构主要部位的活载支承反力、变位和内力随曲率半径的变化规律；得出了弯曲、翘曲、畸变和剪力滞等应力成分的变化规律和分布特点；分析了曲率半径、翘曲、畸变、剪力滞后和剪心形心不重合等效应对结构自振特性的影响。对移动荷载车列作用下结构空间弯扭耦合振动特性进行研究，得出了位移动力系数及截面应力冲击系数的分布特点。结果表明，位移动力系数随速度增大是幅值和周期都在增大的似半正弦波曲线．并且其随半径增大而逐渐减小。     

不同约束体系对双层曲线梁桥地震响应的影响

双层曲线梁桥可以在较短距离内实现较大的爬高,由于特殊的结构形式使其地震响应有别于规则桥梁,而支座和限位装置组成的约束体系是影响桥梁结构地震响应的关键。为得到双层曲线梁桥的合理约束体系,基于一座双层曲线梁桥建立有限元模型,进行地震作用下的动力分析,对比球型钢支座、板式橡胶支座和盆式支座的位移和桥墩截面曲率,并将剪力销作为双层曲线梁桥的限位装置,研究剪力销与不同支座组成的约束体系对双层曲线梁桥结构地震响应的影响。结果表明:在地震作用下,双层曲线梁桥的上层支座位移普遍大于下层,双层约束体系使得桥墩中部的截面曲率和延性要比墩顶和墩底的小;球型钢支座的支座位移较小,传递到桥墩的地震力较大,设置剪力销后支座位移减小,桥墩损伤未发生明显变化;板式橡胶支座的支座位移较大,在地震动强度较小时就发生滑动,支座滑移可耗散能量使桥墩的损伤程度降低,但与剪力销组合后支座位移受到限制,传递到桥墩的地震力成倍增加,桥墩损伤最为严重;盆式支座的支座位移较小且上下层位移值最为接近,传递到桥墩的地震力较为均匀,在一定程度上保护了桥墩,考虑剪力销后,支座变形减小到允许范围之内,桥墩损伤略有增加。因此,本研究认为盆式支座与剪力销的组合是该双层曲线梁桥的合理约束体系。     

消能自复位摇摆框架墩结构地震反应及易损性分析

摇摆构造可限制结构的地震损伤和残余位移，从而提升结构的震后恢复能力。以消能自复位摇摆框架墩结构为研究对象，基于摇摆刚体假定，建立消能自复位摇摆框架墩结构的动力分析模型，并通过试验结果验证了该模型的有效性。模型中采用拉格朗日方程推导出结构的运动学方程，并考虑了桥墩复位碰撞所造成的速度折减以及预应力束和阻尼器的失效。以黄徐路摇摆桥梁结构为工程背景，对消能自复位摇摆框架墩结构进行实例分析、参数分析和易损性分析。实例分析和参数分析结果表明：阻尼器和预应力束的联合应用可减小结构的位移反应，阻尼器刚度的量纲一化参数（ρ_d）越大则结构减震效果越好，且在脉冲近场地震作用下的减震效果更为明显。针对阻尼器屈服、阻尼器失效、预应力束失效和结构倒塌4个极限状态的易损性分析的结果表明：在E1地震作用下，阻尼器失效、预应力束失效和结构倒塌的发生概率极小；在E2地震作用下，阻尼器极易发生屈服，阻尼器失效和预应力束失效的概率小于20%，结构倒塌的发生概率近乎为0；在脉冲近场地震作用下，ρ_d增大可降低各极限状态的发生概率，预应力束刚度的增大对各极限状态的发生概率影响较小，预应力束初始应力的增大会增加预应力束失效的发生概率。     

基于车-路耦合的沥青混凝土路面结构动力响应分析

本文在建立车辆-道路耦合系统分析模型的基础之上,编制了车路耦合系统的动力仿真程序,研究了不同路面不平顺幅值,不同车辆行驶速度,不同车辆载重以及轴数的变化等参数情况下路面结构不同节点的位移及加速度随参数的变化情况;并探讨了不同路面结构层厚度组合情况下对路面结构的动力响应的影响,研究结果表明路面不平顺幅值对于路面结构的位移与加速度响应影响巨大;车速增加虽不影响路面结构的位移响应,但是增大了路面结构的加速度响应从而增大了对于路面结构的冲击作用;载重的增大会显著增大路面结构的位移与加速度响应;不同路面结构层厚度的组合会显著影响路面结构系统的动力响应,相关的研究还有待于进一步的理论与试验验证。     

整体式桥台-H形钢桩-土体系抗震性能试验

整体桥因其全周期寿命长、整体性好和养护费用低等特点，得到了广泛应用，但对其在地震荷载作用下的受力特点和变形规律还缺乏深入研究。基于此，以某整体桥为背景，制作桥台-H形钢桩试验模型，开展整体式桥台-H形钢桩-土体系抗震性能拟静力试验研究，分析桥台-H形钢桩的破坏模式、滞回性能、骨架曲线、水平变形和桥台转角等变化规律。试验结果表明：H形钢桩出现较大的负向残余变形，但负向加载下H形钢桩未出现破坏；台后、台底及桩顶土体均出现大范围脱空；试件的等效黏滞阻尼比约为0.35，具有良好的耗能能力；正向加载下试件的弹性抗弯刚度是负向的12.6倍，最大承载力是负向的3.85倍，台后土对试件的刚度和承载力影响显著；破坏时试件刚度减小至初始刚度的33%，退化不显著；相比位移延性和割线刚度，采用环线刚度分析其抗震性能更为合适，改进后的割线刚度能更准确地反映试件的刚度退化；考虑整体和局部累积变形的影响，大加载位移作用下，桩身出现较大的负向整体累积变形，且桩身沿深度方向多处出现局部累积变形；加载过程桥台仅发生刚体位移，正向转角逐渐增大，负向转角先增大后减小再转为正向倾斜。研究发现整体式桥台-H形钢桩-土体系拥有优越的抗震性能。     

混合接头装配式方钢管约束混凝土桥墩抗震性能研究

为了解混合接头(灌浆套筒和钢管剪力键相结合)及方钢管约束对装配式方形截面混凝土桥墩抗震性能的影响，分别制作混合接头连接+方钢管约束、灌浆套筒连接+方钢管约束、灌浆套筒连接+无约束的装配式方形截面混凝土桥墩试件各1根开展拟静力试验及有限元计算，分析各桥墩试件的破坏模式、结构延性、耗能能力、强度退化、刚度退化、残余位移等抗震性能及影响参数。结果表明：装配式方钢管约束混凝土桥墩试件的破坏形态基本相同，均为压弯破坏。与无约束的装配式混凝土桥墩试件相比，装配式方钢管约束混凝土桥墩试件的水平荷载峰值和位移延性系数更高；与灌浆套筒连接的装配式方钢管约束混凝土桥墩试件相比，采用混合接头连接的装配式方钢管约束混凝土桥墩试件滞回曲线更饱满、无明显捏缩，抗震性能更好。对于混合接头装配式方钢管约束混凝土桥墩，增大轴压比和降低长细比可提高桥墩的承载力，但降低了延性；增大约束系数可提高桥墩的承载力和延性，建议混合接头装配式方钢管约束混凝土桥墩的轴压比≤0.3,长细比≤12,约束系数取0.58～0.90。