基于多尺度小波谱的桥梁结构非一致地震响应分析研究

基于小波理论揭示了大跨度桥梁在非一致地震激励下的输入输出关系。在地震输入方面,利用小波理论,将地震波模拟为非平稳随机过程,在模拟过程中不但考虑了地震波幅值及频率的非平稳特性,而且该荷载模型可以同时考虑大跨结构多点激励问题;在结构的地震动响应方面,利用小波理论及结构的输入-输出关系,得到了结构在非一致地震激励下结构响应的瞬时功率谱密度及瞬时均方值的表达形式。最后,通过一座三跨连续刚构桥的数值算例,验证了所提出方法的准确性。     

参数变化对高墩弯桥地震响应特性的影响

高墩弯桥结构形式在高山深谷地区极具优势。为研究桥梁结构参数变化以及地震动输入方向对高墩弯桥地震响应特性的影响,以贵州省坞家塆大桥为研究对象,采用有限元软件Midas/Civil建立多个参数模型,研究了横桥向与顺桥向地震输入作用下曲率半径值、高低墩差值变化对高墩弯桥地震响应特性的影响,分析了地震动输入方向以30°间隔由顺桥向地震输入变化到横桥向地震输入时对桥梁地震响应特性的影响;得出了控制截面位移与弯矩等参数改变的变化规律,总结了各参数变化对地震响应特性的影响程度。     

跨越Ⅴ形峡谷桥梁多层介质效应的多点激励破坏模式

由于崎岖地形(非平坦地表和非均匀地层)具有复杂的地震动空间变异性,对于该类场地效应的地震特异性所引发的结构差动损害尚无系统性的研究。为了深入研究崎岖地形下地震动空间效应对结构的影响,针对多层非均匀介质Ⅴ形峡谷这种特殊地形,详细分析了Ⅴ形场地下地震动频谱特性的影响因素(行波效应、相干效应和局部场地效应等),并模拟了相应的地震动输入;对一横跨Ⅴ形峡谷的连续钢箱梁桥进行了有限元计算,对比分析了不同地震动输入和不同边界条件下结构模型的地震响应;探究了Ⅴ形场地超大震作用下的桥梁破坏模式,计算出结构的薄弱部位,并着重对比了Ⅴ形峡谷场地和平坦场地2种地形下的地震激励对结构破坏模式的影响差异,揭示了Ⅴ形峡谷场地下的模拟多点地震输入特异性对桥梁的结构响应和破坏模式的特殊影响,发现同水平场地相比该类场地下的地震激励会在桥梁内部引发额外的差动内力,进而使桥梁破坏更早发生并改变了结构的破坏模式。结果表明:①Ⅴ形峡谷场地极大地改变了地震波场中的散射波组成,且同水平场地地震激励相比,其对结构具有更强的空间差动效应,从而引发更大的差动内力;②与水平场地相比,Ⅴ形峡谷场地地震动输入下的桥梁破坏发生时间较为提前,且初始破坏点并不相同,从而导致结构的破坏模式改变。     

跨越V形峡谷桥梁多层介质效应的多点激励破坏模式

由于崎岖地形（非平坦地表和非均匀地层）具有复杂的地震动空间变异性，对于该类场地效应的地震特异性所引发的结构差动损害尚无系统性的研究。为了深入研究崎岖地形下地震动空间效应对结构的影响，针对多层非均匀介质V形峡谷这种特殊地形，详细分析了V形场地下地震动频谱特性的影响因素（行波效应、相干效应和局部场地效应等），并模拟了相应的地震动输入；对一横跨V形峡谷的连续钢箱梁桥进行了有限元计算，对比分析了不同地震动输入和不同边界条件下结构模型的地震响应；探究了V形场地超大震作用下的桥梁破坏模式，计算出结构的薄弱部位，并着重对比了V形峡谷场地和平坦场地2种地形下的地震激励对结构破坏模式的影响差异，揭示了V形峡谷场地下的模拟多点地震输入特异性对桥梁的结构响应和破坏模式的特殊影响，发现同水平场地相比该类场地下的地震激励会在桥梁内部引发额外的差动内力，进而使桥梁破坏更早发生并改变了结构的破坏模式。结果表明：①V形峡谷场地极大地改变了地震波场中的散射波组成，且同水平场地地震激励相比，其对结构具有更强的空间差动效应，从而引发更大的差动内力；②与水平场地相比，V形峡谷场地地震动输入下的桥梁破坏发生时间较为提前，且初始破坏点并不相同，从而导致结构的破坏模式改变。     

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。     

近场长周期地震动脉冲特性对减隔震桥梁地震响应的影响研究

针对减隔震桥梁,选取不同的地震动激励,采用非线性时程分析方法,分析了长周期地震动脉冲特性对减隔震桥梁地震响应和减震效果的影响,并与非减隔震桥梁进行对比。结果表明,长周期地震动的脉冲特性对支座减隔震性能的发挥较为不利,但尚具有一定的减隔震作用;在脉冲型地震动作用下,桥梁的地震响应明显大于脉冲特性不明显地震动作用时的响应,尤其主梁纵向位移放大了3~6倍,应加强防落梁措施。在长周期地震动影响较大的区域修建减隔震桥梁时应关注地震动的脉冲特性对其产生的不利影响。     

近场地震作用下桥梁结构动力响应研究进展

针对当前近场地震动特性和桥梁近场地震动响应方面的研究进展，从近场地震动强度指标、地震动拟合、地震动反应谱特征3个方面综述了近场地震动特性的研究现状，并梳理了梁式桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥等不同结构型式的桥梁在近场地震作用下的动力响应特性研究进展，论述和比较了相关研究方法，总结归纳了现有近场地震作用下桥梁结构动力响应在今后有待进一步深入研究的若干问题及发展方向。     

地震与风联合作用下大跨桥梁车-桥耦合振动分析

为了研究大跨桥梁在风、车及地震联合作用下的动力响应,在已有风-车-桥耦合振动分析程序的基础上,利用大质量法模拟桥梁受到的地震作用,建立了地震-风-车-桥耦合振动分析的数值模拟平台,通过质量-弹簧-阻尼系统模拟车辆模型,利用有限元方法建立桥梁模型,采用谱表示法模拟路面粗糙度、风场和地震动,通过分离迭代方法求解地震-风-车-桥耦合振动系统的动力响应。以主跨1 088 m的苏通大桥为例,基于建立的地震-风-车-桥耦合振动分析平台,计算分析了日常风荷载与地震联合作用下桥梁和车辆的动力响应;并进一步探究了地震动完全空间变异性对地震-风-车-桥耦合系统车桥动力响应的影响。结果表明：处于日常运营阶段的大跨桥梁结构（仅承受风和车辆荷载）受到突发地震时,桥梁和桥上行驶车辆的动力响应将急剧增加,地震动对车-桥系统动力响应起控制作用;与地震-车-桥系统中的桥梁响应相比,考虑风荷载会增加主梁跨中的横向振动,但对主梁跨中的竖向振动会有抑制作用;与只考虑地震荷载作用的车桥响应相比,同时考虑地震和平均风速为20 m·s^-1的脉动风荷载联合作用下的主梁跨中横向位移极值最大增大约40%。虽然地震动是车桥耦合振动的控制荷载,但是日常风荷载对大跨桥梁车桥振动的影响不可忽略。地震发生后,车辆的横向加速度极值超过0.5g,竖向加速度极值接近1g,可能引起车辆的侧滑或翻滚,车辆的运行行为有待进一步研究。与仅考虑地震动行波效应相比,考虑地震动完全空间变异性的车桥振动响应不仅在波形上产生很大差异,而且响应极值也发生了较大的变化,可见在地震动输入时需要考虑完全空间变异性来保证得到的车桥响应结果偏于安全。     

地震作用下深水桥墩流固耦合数值模拟方法研究

以一深水圆形高墩为研究对象,运用有限元数值分析程序,分别基于势流体理论和粘性流体Navier Stokes(N-S)方程建立地震动加速度、位移输入方式下三维流固耦合分析模型,通过对比不同流固耦合模拟方法下地震响应变化情况及不同地震动输入方式下地震响应拟合情况,验证势流体数值方法的有效性,并得到不同流固耦合模拟方法相适应的地震动输入方式。结果表明,采用势流体理论建立流固耦合模型,加速度与位移输入方式下的地震响应拟合较好;采用粘性流体N-S方程建立流固耦合模型,位移输入方式下地震响应变化规律更符合实际情况,而加速度输入方式下的结果变化呈现不同的规律;相比采用基于粘性流体N-S方程建立的模型,采用基于势流体理论建立的分析模型的计算结果更保守,更有利于深水高墩桥梁的抗震设计。     

输入地震动维数对FPB隔震曲线桥地震反应的影响

为了研究摩擦摆支座隔震曲线桥梁地震反应的空间耦合效应,分析了输入地震动维数对摩擦摆支座隔震曲线桥梁地震反应的影响.基于空间有限元方法,采用能考虑动轴力影响的多维耦合FPB恢复力模型,以一座2联6跨的预应力混凝土连续箱梁桥为例,输入3条强震记录,分别进行了一维、二维及三维地震动下的非线性时程反应分析及其对比分析.结果表明:输入地震动维数引起的耦合效应对隔震曲线桥梁的地震反应有重要影响;输入地震维数对支座的力-位移滞回曲线形状有较大影响;FPB隔震曲线桥的支座位移大小与输入地震动的维数有关.     

匝道桥地震响应影响要素分析

为探求匝道桥几何非规则性对结构地震响应的影响规律,基于嘉闵线匝道桥,采用SAP 2000软件建立结构有限元分析模型,分析不同跨径组合、纵坡、曲率半径和地震动输入方向下的匝道桥地震响应。结果表明:与简支梁桥相比,多跨连续梁桥顺桥向固定墩、横桥向矮墩和过渡墩的响应均变大;纵坡大小对桥梁纵向地震响应影响轻微,但在横桥向设置大纵坡可减小高墩区墩柱的地震响应;小曲率半径下采用切向或法向输入与地震动最不利输入方向存在角度偏差,会低估结构地震响应,大曲率半径下其地震响应与直线桥基本一致,可简化为直线桥进行分析。     

地震动分量对车-轨-桥系统动力响应影响研究

为研究横向、竖向、纵向及三向地震动分量对车-轨-桥系统动力性能的影响,以高速铁路10跨32m双线简支箱梁桥为背景进行分析。采用仿真分析程序TTBSAS,选取一致激励模式输入10条典型地震波,分析在无震,横向、竖向、纵向及三向地震动分量作用下车-轨-桥系统的钢轨横(竖)向位移、加速度等桥梁结构动力响应,以及脱轨系数、轮重减载率、轮对横向力等列车动力响应。结果表明:在不同地震动分量作用下,高速铁路简支梁桥的横向和竖向动力响应具有弱耦合性;横向地震动分量会同时增大钢轨的横向和竖向动力响应;横向地震动分量对桥上列车行车安全的威胁最大,在进行地震作用下的车-轨-桥系统行车安全性研究时,可考虑仅输入横向地震动分量进行计算。     

超高墩大跨刚构桥梁行波效应分析

以三水河大桥为工程背景,对超高墩桥梁地震作用下行波效应进行分析。采用SAp2000计算对比基于绝对位移法与普通加速度地震动一致激励,分析不同输入模式,不同波速对超高墩地震响应的影响。     

基于修正反应谱高墩连续刚构桥地震响应研究

在长周期地震动低频成分的作用下,桥梁会产生剧烈的地震反应。结构在进行反应谱分析时,相关规范中反应谱并未特别考虑长周期地震动这一重要因素。通过比较发现,按规范计算的相对位移反应谱在长周期段位移随自振周期线性增加,与实际地震动记录的变化趋势和统计特征差异明显,说明按规范计算的反应谱出现严重失真现象。该文选取考虑长周期地震动因素共612条各类场地的地震记录进行统计分析,提出衰减指数线性变化的修正方法,对规范设计反应谱进行合理修正,并确定了修正反应谱公式的相关参数。通过建立某高墩连续刚构桥CSiBridge动力有限元模型对修正反应谱进行验证,在E2地震作用和考虑三向地震作用下,该文分别对桥梁进行规范反应谱、修正反应谱分析和普通地震动、长周期地震动时程分析,比较结构的位移和内力响应结果,验证考虑长周期地震动因素的修正反应谱比规范反应谱更加合理安全,可为实际桥梁的抗震设计提供参考依据。     

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。     

大跨度桥梁抗震设计和振动控制的研究与应用现状

本文介绍了大跨度桥梁抗震设计的现状和所面临的困难 ,指出对大跨度桥梁合理的抗震分析方法应当进行多点激励随机地震反应分析 ,并对地震输入问题、随机地震动场的模拟和地震反应分析方法作了介绍。最后侧重介绍了结构振动控制技术的研究现状及其在大跨度桥梁中的应用。     

大跨度连续刚构桥抗震响应特性评估研究

为判断已建桥梁结构的抗震特性,迭代拟合了规范反应谱对应的人工加速度时程。分别采用反应谱法及时程分析方法对运营期大跨度连续刚构桥进行了E1级及E2级抗震特性研究,研究结果表明：本桥地震响应低阶参与振型与地震动峰值对应卓越频率值并不吻合,本桥在E1及E2地震作用下,墩身及主梁结构响应值较小,地震动作用下不会发生桥梁碰撞特征。     

斜拉桥地震反应分析方法比较

以广东李家沙大桥为工程背景,对斜拉桥线性和非线性地震反应方法进行了讨论,结果表明:在纵向+竖向地震动输入下,由于弹性地震反应方法无法考虑边墩滑动支座的摩擦耗能等非线性因素的影响,可能导致较大计算误差,而在横向+竖向地震动输入下,由于横向基本上不受滑动支座等非线性因素的影响,弹性反应谱法与非线性时程计算结果相差较小;在纵桥向合理设置阻尼器,能够有效减小斜拉桥纵向在地震作用下的反应.     

非一致激励下大跨斜拉桥的随机地震响应分析

基于平稳随机地震动场理论,对大跨度斜拉桥进行非一致激励下的平稳随机地震响应分析。以金塘大桥主通航孔桥为研究对象建立有限元模型,采用多点平稳随机地震响应分析方法,数值仿真了该斜拉桥在纵桥向、横桥向和竖向多点激励下的地震响应,研究了地震动的空间变化,包括部分相干效应和行波效应以及视波速变化对大跨度斜拉桥地震响应的影响。数值分析结果表明：非一致激励下斜拉桥的内力和位移有较大改变,地震动的行波效应影响比部分相干效应的影响更大,地震动的空间变化对纵桥向激励有利,对横桥向激励影响较小,对竖向激励影响很大且不利。对大跨度斜拉桥,必须进行多点地震激励的响应分析。     

近断层多脉冲地震作用下桥梁墩柱地震风险分析

桥梁墩柱是桥梁结构中的关键构件,为研究近断层多脉冲地震动对桥梁墩柱地震风险的影响,采用场地地震危险性、结构地震易损性和结构震后损失3项参数进行综合评估,以PGA为地震动强度指标,分析某8度设防场地的地震年均发生概率,利用OpenSees建立某桥梁墩柱有限元模型并给出其结构的易损性曲线,结合损失比得到桥梁墩柱结构的年均预期损失比分布对比曲线和年均预期损失比。结果表明:随着地震动强度的增大,其对应的年均发生概率反而减小,在小于0.3g范围内的年均地震动发生概率最大;能量最强方向地震时程对应易损性曲线的上限,水平最强方向上的显著小波分量不适合分析桥梁墩柱结构的地震风险,水平单向地震动低估了墩柱的年均预期损失比;对于桥梁墩柱的地震风险而言,能量最强方向上的地震时程对应着桥梁墩柱地震风险的最不利情况。