铁路高墩大跨度连续刚构桥抗震设计分析

为保证在罕遇地震下桥梁结构满足规范要求,以主跨120m的高墩大跨连续刚构桥——云南万拉木特大桥为例,运用MIDAS Civil建立连续刚构桥空间有限元模型,对其进行动力特性及罕遇地震作用下的非线性时程分析,并优化延性抗震设计。分析结果表明:桥梁振型以梁墩的横向振动为主,第1阶横向侧弯的自振周期为1.697s,全桥最大振幅出现在桥墩墩顶位置。在罕遇地震(50年超越概率为2%)作用下,中跨墩顶、底受力较大,均已进入屈服,但其弯矩均小于钢筋极限弯矩,桥梁满足"大震不倒"抗震性能目标。对塑性铰区进行优化,将墩底以上3m空心与实体分界位置处截面外层部分主筋弯折,形成最不利塑性铰区域;加强墩顶、底塑性铰区域横向约束钢筋布置,提高墩柱延性。     

近远场地震作用下自复位桥墩高阶振型效应研究

为了研究近、远场地震作用下高阶振型对自复位桥墩地震响应的影响,以大瑞铁路漾濞1号特大桥为工程背景,基于OpenSees软件建立该桥18号桥墩(高58 m,采用自复位桥墩)的地震反应分析模型,输入近、远场地震动,通过增量动力分析法分析墩身塑性铰的形成及发展规律,并通过模态分解法计算前3阶振型对墩身塑性铰弯矩和墩顶位移的影响。结果表明:自复位桥墩并未消除高阶振型的影响,近场地震作用对结构第2阶振型的效应更加显著;墩身塑性铰主要分布在结构中部区域,且由第2阶振型控制,墩底不出现塑性铰;墩顶水平位移主要由第1阶振型控制,且远场地震作用更显著。     

双薄壁墩连续刚构桥地震反应影响参数分析

为探讨双薄壁墩几何参数对矮墩连续刚构桥地震反应的影响,以某(60+100+60)m连续刚构桥(墩高15m)为依托,采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型,采用反应谱法及非线性时程反应法,分析双薄壁墩壁厚和双肢中心距对该桥动力特性和地震反应的影响规律。结果表明:双薄壁墩的壁厚和双肢中心距对连续刚构桥的各阶振型基本没有影响;桥梁1~5阶自振频率随壁厚的增加逐渐增大,2~5阶自振频率随双肢中心距的增加逐渐增大;随着壁厚增大,桥墩控制截面内力显著增大,双肢中心距对桥墩内力影响较小;墩顶、墩底截面的塑性转角和墩顶纵向位移随壁厚的增加明显减小,双肢中心距对截面塑性转角和墩顶纵向位移的影响很小。     

高墩大跨连续刚构桥地震响应分析

高墩桥梁与传统的中低墩桥梁在地震响应上具有较大的区别,我国现行的桥梁抗震规范对此没有明确的规定。为研究高墩桥梁的地震响应特点,以某高墩大跨连续刚构桥为研究对象,采用Midas/civil 2015建立有限元动力分析模型,进行非线性时程分析。结果表明,高墩桥梁的墩顶和墩底不仅会出现塑性铰,在墩身某处也会出现塑性铰;桥墩控制截面的变形和位移不再建立对应的关系。     

横向非等高双柱式桥墩抗震性能研究

为研究墩高差对横向非等高双柱式桥墩抗震性能的影响,以某山区3×(5×30)m梁桥为背景,建立OpenSees全桥有限元模型,采用增量动力分析方法(IDA),输入地震动,分析不同墩高差下墩柱关键截面的弯矩～曲率关系、曲率、墩顶位移以及曲率与位移关系。结果表明:地震荷载作用下,当墩高差在10m以上时对系梁位置处桥墩截面延性影响较大,随墩高差增加,与横向等高双柱式桥墩相比,墩顶截面延性有所减小,墩底截面延性增加较大;受墩高差影响,墩底与系梁位置处桥墩曲率在屈服后对地震动强度变化更敏感;墩顶位移总体与墩高差成反相关,墩高差对墩顶位移的影响在峰值加速度PGA=0.5g后差异较大,PGA由0.5g增加到1.0g时,随墩高差增大,墩顶位移减小量逐渐变小;受墩高差影响,横向非等高双柱式桥墩破坏模式差异显著。     

设置延性系梁的桥梁双柱墩抗震能力研究

为研究设置延性系梁对减少桥梁双柱墩横桥向地震损伤的效果,基于OpenSees数值分析平台,建立了无系梁和设置延性系梁的双柱墩抗震数值分析模型,通过拟静力和增量动力分析手段对2种双柱墩在地震作用下的反应进行研究,讨论了延性系梁设置对双柱墩地震反应的影响。结果表明:延性系梁提高了桥梁双柱墩横桥向的强度和刚度,地震作用下,系梁先于桥墩发生屈服,形成塑性铰并耗散地震能量,延缓了桥墩的损伤破坏过程,并减少了桥墩的曲率延性系数和墩顶的最大位移角。     

基于延性设计的高烈度区大跨刚构桥减震分析

大跨连续刚构桥的下部结构通常设计为钢筋混凝土构件,桥墩在强震作用下极易进入塑性而发生损伤破坏。文中以某座地震烈度VIII度区高墩大跨连续刚构桥为研究背景,在纵向+竖向地震组合输入下,分别进行线弹性反应谱下的能力与需求分析和非线性弹塑性时程分析,以探求结构的延性行为和弹塑性地震响应。结果表明,墩高差异不大时,横向变截面的双肢空心墩具有较强的延性能力,是高烈度区高墩大跨刚构桥较为理想的主墩形式;强震下双肢刚构墩墩顶塑性铰区首先进入塑性阶段,截面发生的塑性响应最大;大跨刚构桥将主墩按照"有限延性"来设计,有利于提高结构抗震性能和震后的可恢复设计;强震下高墩表现出极强的弹塑性变形能力,可通过在边墩处设置黏滞性阻尼器来减小墩梁间的相对位移,进一步提高结构整体抗震性能。     

预制拼装桥墩墩底隔震数值模拟及隔震影响因素分析

为了解墩底隔震技术在预制拼装桥墩中的隔震效果,基于OpenSEES软件,建立墩底设置铅芯橡胶支座的预制拼装桥墩纤维模型,选取3组不同强度、不同特性的地震动作为地震荷载,对桥墩进行非线性动力时程分析计算。通过分析桥墩模型在不同强度、不同特性地震动激励下的墩顶位移、墩底剪力、塑性铰节段内力、自振特性,对隔震效果进行评估;并研究了桥墩塑性变形和支座大变形对隔震效果的影响。结果表明:墩底隔震体系适用于预制拼装桥墩,采用墩底隔震可有效降低桥墩的地震响应,延长桥墩自振周期;受到预应力筋牵拉的影响,墩底隔震并不能减小桥墩底节段的内力,无法改善其在震后底节段受损严重的情况,隔震时应予以考虑;桥墩塑性变形增大和隔震支座大变形均可限制隔震支座隔震性能的发挥。     

高墩连续刚构桥不同影响因素的地震响应分析

以某连续刚构桥为背景,建立了考虑主梁-桥墩-桩基-土层的有限元模型,分析了地震荷载作用下桥墩高度、桥墩截面、双肢薄壁墩间距等影响因素对桥梁典型截面内力及变形的影响。结果表明:在桥墩高度为60~65 m范围内,中墩顺桥向剪力基本稳定,不再随桥墩高度的增加而递减;桥墩高度的增加增大了梁体脱落的风险,桥墩高度为100 m时梁体中跨跨中截面顺桥向与横桥向位移达到139.1,97.5 mm;从抗震角度分析,圆形截面桥墩对位移影响较大,空心矩形桥墩截面与实心矩形桥墩截面形式对墩顶内力的影响不大,故空心墩较节约材料;对于文中连续刚构桥,合理的双肢薄壁墩间距能有效降低墩顶受力与梁体位移,能有效提高地震作用下的安全系数。     

山区高烈度地震区连续刚构桥抗震设计分析

以云南某高速公路桥梁为研究对象,从桥墩构造选型和主要构件抗震性能方面进行概念设计及体系研究;建立桥梁空间有限元模型,考虑桥墩和系梁塑性铰及梁端碰撞效应进行非线性时程分析,结果表明,采用横向分肢的双肢薄壁墩与分离式承台方案可使高低不同的主墩及分联墩受力更为均衡,在桥墩中部设置一道横系梁提高了整体刚度,可减轻梁端碰撞危害,减小了地震作用下边墩底塑性铰转角,使主桥各墩总体上保持弹性状态,仅主墩局部发生可修复的轻微损伤,实现了拟定的抗震设防目标。     

新型铁路桥墩的抗震性能研究

针对铁路桥梁摇摆隔震桥墩整体侧向刚度较低的问题,提出在桥墩与承台分离处设置无粘结预应力筋,形成新型桥墩。以某单线铁路桥为例,针对其18号墩提出新型桥墩设计方案,考虑预应力钢筋及其初始预加力损失,基于OpenSees平台建立有限元模型进行地震反应分析,研究其抗震性能。结果表明:罕遇地震作用下,墩顶水平位移、竖向提离位移、墩底弯矩、摇摆反应及预加力损失明显大于设计地震作用下的相应值,但墩底弯矩的增幅小于墩顶水平位移的增幅;输入地震动强度及频谱特性对墩顶位移与墩底提离位移的影响较大,对墩底弯矩的影响相对较小;新型桥墩容易实现罕遇地震作用下不坏的抗震设防要求,具有较好的抗震性能。     

方形截面深水桥墩的地震响应分析方法研究

为验证地震响应分析方法对方形截面深水桥墩的适用性,以边长为2m、高度为60m的正方形截面桥墩为例,分别采用解析法、数值法、结合法分析其在不同水深情况下的墩顶位移和墩底应力,并在此基础上对比方形截面和圆形截面桥墩地震响应的特点。结果表明:采用解析法按刚体运动计算方形截面桥墩的地震响应时,一定程度上夸大了动水压力的影响;采用数值法按弹性振动计算方形截面桥墩的地震响应时,水深增加的作用效果恰好与按刚体运动计算时相反,减小了桥墩的地震响应;采用结合法同时考虑地震作用下桥墩的刚体位移和弹性振动时,计算方形截面桥墩的地震响应更合理;方形截面桥墩与圆形截面桥墩的地震响应随水深的变化趋势类似。     

反复循环载荷作用下钢筋混凝土矩形桥墩塑性铰区弯矩曲率关系试验研究

桥墩关键截面的弯矩曲率分析仅仅是对一个固定的截面进行分析,而实际情况下桥墩的破坏是在一个区域内（塑性铰区）发生.另一方面,截面分析也不能考虑钢筋混凝土在反复载荷作用下的损伤累积裂纹扩展等因素的影响,那么截面分析结果与实际反复载荷作用下的构件的弯矩曲率曲线的一致性就决定了分析结果的可信程度.本文通过对桥墩模型弯矩曲率关系的计算和试验分析,得到其一致性并讨论了进行分析时的注意事项.     

地震动输入方向对铁路部分斜拉桥地震响应的影响

为研究竖向地震动分量对部分斜拉桥地震响应的影响及最不利地震动输入方向,以某跨度为(144+288+144)m的铁路部分斜拉桥为背景进行分析。采用MIDAS Civil建立全桥弹塑性有限元模型,采用Clough模型模拟塑性铰,由非线性动态时程法分析竖向地震动及水平地震动输入方向对部分斜拉桥弹塑性地震响应的影响。结果表明:考虑竖向地震动后桥墩屈服时刻提前;墩顶最大位移增大,墩底弯矩减小、轴力增大。三向地震动Ex+Ey+Ez和0.3Ex+0.3Ey+Ez两组合工况下,地震动最不利水平输入方向均为140°;El-Centro波作用时,两组合工况的最不利方向下,9号、10号墩福州和平潭两侧墩身的非线性位移延性比均增大,最大值达到3.38,不利于延性抗震。地震反应分析应当考虑竖向地震动、水平地震波最不利输入方向的影响。     

柱式钢筋混凝土桥墩的弹塑性抗震简化计算

在强震作用下柱式钢筋混凝土桥墩会进入塑性状态,采用考虑有刚度退化的武田三线型模型(弯矩-曲率关系),对一典型的双柱式桥墩进行了弹塑性有限元抗震分析,通过引入等效塑性铰长度的概念将其简化为两自由度结构模型,采用考虑有刚度退化的武田三线型模型(力-位移关系)进行计算。研究结果表明,墩顶位移结果及滞回曲线形状均吻合较好,为柱式桥墩的弹塑性抗震计算提供了一种简单可靠的计算途径。     

基于桥台损伤的桥墩地震响应分析

为了解桥台损伤对桥墩地震响应的影响,在桥台设计时选择合理的计算模拟刚度,依托云南省某在建高速公路的山脚村2号大桥(13孔20 m跨径的连续T形梁桥)工程实例,采用MIDAS Civil 2015有限元软件建立全桥非线性地震反应分析模型,按照桥台完全损坏、局部损坏(4种量级)、未损坏的损伤状况建立6个工况,分别输入0.2g、0.3g两组地震强度,利用非线性时程分析法,分析桥台损伤工况下顺桥向墩底弯矩及墩顶位移的地震响应。结果表明:墩柱的线刚度越大,桥墩内力和变形的地震响应越敏感;桥台破坏越严重,响应变化越显著;分联墩内力和变形的地震响应几乎不受桥台损伤程度影响;桥台设计时计算模拟刚度的经济、合理取值范围为10~4～10~6kN/m。     

极端温度对高寒高烈度区连续梁桥地震响应的影响

为研究极端温度作用对高寒高烈度区组合连续梁桥抗震性能的影响,以某(5×50)m波形钢腹板连续箱梁桥为背景进行分析.采用CSi Bridge有限元软件建立该桥非线性模型,考虑极端温度对隔震橡胶支座和桥墩等构件关键力学参数的影响,分析桥墩墩底弯矩、墩顶位移、支座滞回特性等地震响应,并与常温工况进行对比.结果表明:地震作用下...     

超高墩大跨度刚构-连续梁桥抗震性能研究

为指导超高墩大跨度刚构-连续梁桥的抗震性能优化设计,以墩高超过100m、主梁总长达480m的预应力混凝土刚构-连续梁桥——厄瓜多尔瓜亚萨明特大桥为研究对象,采用SAP2000有限元软件建立全桥模型,在动力分析的基础上,针对结构抗震性能进行阻尼器参数优化设计分析。结果表明:设置粘滞阻尼器可有效减小该桥墩底截面的纵向弯矩、横向弯矩和梁端的纵向地震位移,在两侧梁端布置默认速度指数为0.3的阻尼器,阻尼器的阻尼系数取12 000kN·(s/m)0.3为最优设计方式;在优化方案下,各桥墩的墩底、墩顶控制截面的抗弯、抗剪能力需求比均大于1,结构处于弹性工作范围内,抗震性能满足规范要求。     

和若铁路预制装配式桥墩优化设计研究

以新建和若铁路预制装配式桥墩作为研究对象，研究铁路预制装配式桥墩构造设计对受载作用下其结构合理性、安全性及经济性影响。采用国家现行铁路桥涵设计规范对预制空心墩进行上部结构自重、二期、列车制动力三者组合加载。根据控制空心墩不同壁厚、不同预应力束数、不同墩柱后浇段高度等因素，基于MIDAS CIVIL软件建立桥墩受力模型，得到3类不同控制因素在墩顶、墩底和墩身关键点处发生的位移与弯矩的变化。研究表明：墩柱壁厚按45 cm设计时可以满足和若铁路实际工程的设计需要，同时也能获得更大的安全性和稳定性，与壁厚40 cm相比位移降低17.61%，弯矩变化很小，整体结构更加经济合理，能保证行车安全；预应力束数按12根设计时足以满足桥墩的力学性能，构造更经济合理；墩柱后浇段按4 m设计时能够更好满足和若铁路实际工程需要，同时提高结构的安全性和稳定性，与3.2 m相比墩顶水平位移降低1.61%，对弯矩影响不大。通过优化对未来预制装配式桥墩设计提供了理论指导和参考意义。     

RC空心墩等效塑性铰长度理论模型的试验研究

既有等效塑性铰长度模型考虑了诸多因素的影响，但对塑性铰形成过程中纵筋拉伸漂移影响的关注不够，针对变截面空心墩塑性铰的研究也较少。为探讨变截面空心墩塑性变形特性，建立空心墩通用的塑性铰模型，在已有试验成果的基础上，开展了5个变截面圆端空心墩的拟静力试验。考虑变截面及墩底实心段的影响，假定了墩身曲率分布，给出了变截面圆端空心墩墩顶位移能力的计算方法；基于塑性位移等效原则，推导出考虑弯曲、纵筋拉伸漂移和黏结滑移影响的塑性铰长度待定参数模型，根据文献中7个等截面和本文变截面空心墩的试验结果，对待定参数进行标定，得到等截面和变截面空心墩等效塑性铰长度的统一模型，并采用另外6个试验结果验证了所给模型的适用性。研究结果表明：由于墩底实心段、倒角和墩身变截面的共同影响，变截面圆端空心墩塑性铰区整体上移，极限状态时钢筋拉断/屈曲及混凝土压溃主要集中在墩底空心倒角上缘附近；塑性铰长度随墩高L、截面宽度h、剪跨比λ和应变渗透参数(f_yd_b/√f'_c)近似呈线性变化；既有模型给出的等截面矩形空心墩塑性铰长度结果中，Priestley、李贵乾和韦旺的估值略高；所提模型的计算结果具有更高的精度和更小的离散性，适用于估算等截面和变截面空心墩的等效塑性铰长度。