地震动入射角对空心薄壁高墩桥梁地震易损性的影响

为了充分评估空心薄壁高墩大跨桥梁结构的抗震性能, 以中国西部某四跨高墩刚构-连续组合体系桥梁作为研究对象, 基于三维地震易损性分析方法, 计入竖向地震动的影响, 结合现行桥梁抗震设计规范, 采用增量动力分析方法讨论了水平地震动入射角对桥梁构件地震易损性的影响; 依据一阶可靠度理论分析了地震动入射角对桥梁结构系统易损性的影响规律。研究结果表明: 2^#、3^#刚构桥墩的弯曲和剪切易损性云图与1^#、4^#悬臂墩的弯曲和剪切易损性云图差异明显, 桥墩弯曲和剪切的地震易损性不仅与地震动入射角有关, 还与桥墩结构形式有关; 支座在轻微损伤、中度损伤、重度损伤及完全损伤状态下的损伤概率分布相似, 地面峰值加速度为0.4g时, 最大损伤概率的地震动入射角为0°和180°, 当地面峰值加速度大于0.6g时, 轻微损伤和中度损伤的最不利入射角为0~180°, 支座变形的最不利地震动输入方向主要为纵桥向和横桥向。由此可见, 各关键构件的不同损伤指标下的损伤概率随地震强度、方向变化的规律各不相同; 不同损伤指标下系统及各构件的最不利地震动入射角及其区间数量和范围也各不相同; 仅讨论纵桥向或横桥向构件地震易损性不能合理评估桥梁结构的实际抗震需求, 采用三维地震易损性分析方法能准确定位最不利地震动入射角, 实现高墩大跨桥梁结构抗震性能的准确评估。     

非规则连续刚构桥地震易损性分析

为探讨非规则桥梁的抗震性能,建立了典型非规则公路桥梁的地震易损性理论模型.考虑桥梁结构参数和地震动的不确定性,抽样生成桥梁地震易损性分析模型样本库.用OpenSees软件对模型样本库进行非线性动力时程分析,以获得结构动力响应.在研究桥墩反弯点时程曲线和桥墩曲率包络线分布特征的基础上确定桥梁构件的损伤指标.采用概率地震需求分析方法获得桥梁各构件易损性曲线,并基于一阶可靠度理论获得桥梁系统的易损性曲线.结果表明:在地震作用下,非规则桥梁支座最容易损伤破坏,桥梁系统的易损性明显高于桥梁构件的易损性;易损性曲线可用于评估非规则桥梁的抗震性能,为震后桥梁损伤识别提供依据.      

Nataf变换的桥梁系统多维地震易损性分析方法

在多维性能极限状态理论框架下,考虑桥梁各构件地震响应参数相关性,引入Nataf变换,提出了改进的桥梁系统多维地震易损性分析方法; 以一座三跨V撑连续梁桥为例,利用OpenSees软件建立桥梁系统非线性动力分析模型,从美国太平洋地震研究中心强震数据库中选取20条地震波进行增量动力分析,并获得桥梁结构在地震作用下的最大响应样本; 利用最大似然估计法获得桥梁构件地震需求概率模型统计参数,结合定义的桥梁构件损伤指标,应用提出的方法,分析了算例桥梁多维系统地震易损性。分析结果表明：提出的方法在考虑构件地震响应参数与性能极限状态相关性的基础上,可以不依赖构件地震响应参数间的联合概率密度函数,计算得到桥梁系统易损性; 在构建多维极限状态方程时,桥梁构件失效模式排序对桥梁系统地震多维易损性影响偏差在3%以内,构件失效模式排序对易损性分析结果影响不大; 在任一损伤状态下,随着地面峰值加速度与极限状态相关系数的增加,桥梁系统与过渡墩在地震作用下的失效概率比值逐渐减小,并接近于1,不同桥梁构件间的性能极限状态相关性变弱,系统失效域面积变小,导致桥梁系统失效概率降低,系统多维易损性越接近性能指标相互独立时的评估结果,当采用多维性能指标时,性能指标间的相关性不可忽略,否则将导致过高估计桥梁结构的抗震性能。     

公路规则梁桥地震易损性模型及简化计算方法

为了快速评估桥梁结构达到特定损伤状态的概率,基于非线性动力时程分析结果,建立了公路规则梁桥地震易损性模型并提出了简化计算方法.依据不同上部结构支承形式、墩柱形式和设计规范,将公路规则梁桥细化为8种桥型,针对每种桥型分别建构了80个基准桥梁样本作为各类桥型代表.选择墩柱和支座作为桥梁的易损构件,确定桥梁墩柱和支座在不同损伤状态下对应的参数能力范围.用OpenSees建立桥梁样本的有限元模型,采用增量动力分析方法,分析得到各类桥梁的全桥系统地震易损性模型.以计算得到的易损性模型参数为样本,提出适用于我国公路规则梁桥的中位值简化计算公式,同时给出对数标准差的建议值.研究结果表明:对于规则梁桥中位值,双柱式梁桥相对单柱式梁桥增大17%、新规范相对旧规范增长7%、连续梁桥相对简支梁桥增大8%;简化公式计算结果与分类易损性模型吻合较好,均方误差和均方根误差分别为5.26%和5.95%,最大绝对误差10.58%.      

基于IDA的自锚式悬索桥地震易损性分析

自锚式悬索桥作为一种高次超静定的柔性结构体系,现行规范仅给出抗震设计原则且相关易损性研究较少。以三塔自锚式悬索桥为研究对象,建立结构有限元动力模型,基于PEER强震数据库选取了10条地震动记录,采用增量动力分析(IDA)方法建立了桥墩、支座、桥塔及吊索构件的顺桥向地震易损性曲线,运用一阶可靠度理论建立桥梁系统的易损性曲线。研究结果表明:顺桥向地震波作用下桥墩、支座发生损伤的概率较高,构件损伤概率从易到难依次为支座、P_1、P_5桥墩、吊索、边塔、中塔;在不同损伤指标下结构整体损伤概率明显高于构件损伤概率。     

对公路桥梁结构易损性下可靠度的探究

公路建设中的可靠度的研究中,因为缺少对公路实际失效的原因的分析,导致传统的分析方法对桥梁进行评估呆了很大的不确定的因素,那么根据公路结构的可靠度和易损性的研究,依旧结合常用的可靠度中的一些经常使用的方法和观念,提出了公路桥梁易损性分析的公路桥梁可靠度的方法。这个方法使用机构易损性分析的特点,依据选取的损伤标准来计算结构不同构件在不同的符合下失效的概率,可以得出结构中不同构件的易损性的曲线图,并根据图来判断结构最不好的地方,进而可以帮助以后的桥梁的结构体系进行可靠度分析提供有利条件。以地震荷载为例子,进行对公路结构易损性下可靠度的分析。     

基于地震荷载的桥梁墩柱配筋设计及性能评价

分析了地震对桥梁结构的破坏特征,并以山西省台襄线胡李汾河大桥为例,结合ANSYS有限元数值模拟软件,对地震荷载作用下桥梁墩柱配筋以及承载性能进行评价。结果表明:地震荷载对桥墩造成的破坏形式主要包括弯曲破坏、剪切破坏、梁体垮落、支座损伤4种。纵向钢筋用于构建结构框架,能够提高正截面90%抗弯承载力,箍筋设置主要针对地震荷载作用用以提高斜截面抗剪性能,配箍率为0.441 8%,墩柱斜截面抗剪极限承载力是素混凝土的2.363倍。     

基于抗震规范的新建桥梁抗震优化设计研究

通过总结汶川地震震害教训,分析原抗震规范存在的缺陷,并采用新规范的抗震理念,以汶川地震区某桥梁为例进行抗震设计。重点研究避免落梁、支座脱空、梁体碰撞、墩柱剪切破坏等桥梁震害方面采取的具体措施,确保地震发生后交通生命线不致中断,为类似工程提供一定参考。     

压剪作用下普通板式橡胶支座内力分布及变化趋势研究

支座是连接桥梁上下部结构的关键构件,其刚度及承载能力决定了传至下部结构地震力的大小.地震作用下普通板式橡胶支座承受较大的压剪作用,导致支座会发生较大剪切变形、卷曲、滑移、脱空等震害.为明确支座在压剪作用下的内力分布及其变化趋势,以指导中小跨径梁桥支座选型,改善桥梁结构抗震性能,采用有限元方法,分析影响压剪作用下支座受力...     

考虑非线性特性的板式橡胶支座模型 在桥梁抗震计算中的应用

以某高速公路跨线桥梁抗震设计为工程背景,采用有限元作为分析手段,对采用板式橡胶支座的桥梁结构进行抗震分析。在工程实际中,有时为简化计算,采用线弹性模型对支座进行模拟,并采用反应谱分析方法进行墩柱配筋设计。采用弹塑性本构模型模拟板式橡胶支座,同时考虑抗震挡块的边界作用,对抗震计算结果进行对比分析,并探讨不同支座模拟方法对桥梁下部结构设计的影响。分析表明,考虑支座非线性后,地震响应显著降低,其主要响应与弹性分析的结果相差近一倍。     

基于加权秩和比法的隔震梁桥失效模式研究

为了综合评价桥梁在地震作用下失效模式的信息,考虑地震动中存在的不确定性影响,对实际工程中的某6跨隔震连续梁桥的失效模式进行了分析.基于IDA法,选用16条足够反映地震动中存在的不确定性且PDA分布在一个较宽强度范围内的地震动,对桥梁中支座、桥墩墩底这两个最容易失效的部位分别基于位移和修正的Park-Ang损伤理论判断其失效,引用加权秩和比法综合了16条地震动作用下的桥梁失效模式的评价信息,分析给出具有统计意义的失效模式,并找出了桥梁的最弱失效模式.研究结果表明:该隔震连续梁桥的失效模式为该桥梁中墩的隔震支座先失效,然后是桥梁过渡墩支座失效,最后是边墩底部和边墩的支座失效;桥梁的最弱失效模式为桥梁所有隔震支座先失效,其次是边墩底部失效,然后是中墩失效,最后是过渡墩失效.      

山区深水环境高墩结构选型研究

以某山区水库高速公路建设项目为工程背景,针对其高墩、深水桩基的显著特点,应用有限元分析软件建立了考虑不同墩高和桩长参数的实体板式、空心薄壁和格构式高墩连续T梁全桥计算模型;分别从上部结构受力性能、墩身内力、墩顶水平位移和抗震设计等方面对三种墩型进行了详细的对比分析,并对高墩设计选型中的一些关键问题进行了讨论,可为类似山区水库高墩桥梁的合理选型提供参考。     

深水桥墩地震响应研究现状与展望

分析了地震激励下水-深水桥墩动力相互作用, 总结了动水压力作用机理、地震动水压力的计算方法和水-结构动力相互作用分析方法, 研究了深水桥墩地震响应特征和影响因素以及水下振动台试验进展, 并对比了各国规范中动水压力计算方法。研究结果表明: 动水压力降低桥墩自振频率, 增大桥墩地震响应, 其影响在桥梁的抗震设计中不可忽略; 现有研究采用的桥墩形式较为简化和单一, 建议开展更多以桥墩体系、桥梁体系为对象的深水桥梁地震响应研究; 对于地震作用下动水压力计算, 目前各国规范多基于Morison方程, 但对其适用范围尚不明确, 应深入研究Morison方程的适用范围、修正方法与准确便捷的地震动水压力计算方法; 目前水下振动台试验大多集中在动水压力对桥梁下部墩桩地震响应的影响上, 响应大多在弹性范围内, 应进一步研究在大震作用下深水桥墩的非线性响应与破坏模式; 目前针对深水桥墩在地震和波浪联合作用下的动力响应研究较少, 应深入研究在地震、波浪、海流联合作用下深水桥墩与水的相互作用机理; 目前缺乏对全桥结构的地震响应研究, 应开展深水桥梁全桥分析与多子台水下振动台试验。     

减震体系梁桥在地震与爆炸组合作用下的性能研究

以某减震体系梁桥为研究对象,通过比较分析地震荷载单独作用和地震与爆炸组合作用下墩底的弯矩和支座的最大位移及残余位移,研究爆炸冲击对地震中受损的桥梁构件的影响。结果表明,地震后的爆炸冲击会瞬时增大桥墩的弯矩甚至使其屈服,导致屈服墩墩顶的支座残余位移增大50％以上。     

整体式斜交连续梁桥抗震性能

采用SAP2000软件建立了某整体式斜交连续梁桥的三维有限元模型,通过非线性时程分析,研究了整体式斜交连续梁桥在地震作用下的受力特性及抗震性能,并探究了跨数、斜交角、台后土密实度和墩高等主要结构及基础参数对该类桥梁地震响应的影响。研究结果表明：整体式斜交连续梁桥中震害变形主要集中于桥台桩,桩顶截面在峰值加速度为0.4g的地震作用下形成塑性铰时,墩顶支座无破坏,且桥墩几乎无损伤;桥台桩位移及纵桥向弯矩的最大值均位于桩顶,而横桥向弯矩最大值可能位于桩顶或桩身反向弯矩峰值处;随着跨数的增加,整体式斜交连续梁桥的地震响应尤其是墩顶支座剪切应变及桥面转角明显增大,当跨数由单跨增加到4跨时,地震响应均增加了1倍以上,墩顶支座剪切应变甚至增加近2倍;随着斜交角的增加,桩顶纵桥向位移、桩顶截面屈服面函数值及中跨转角明显增大,斜交角为60°时,桩顶纵桥向位移增加了3倍以上,斜交角为45°时,墩顶支座剪切应变最大;随着台后土密实度的增加,各构件纵桥向位移响应与墩顶支座的纵向剪切变形降低,桥台桩、桥墩纵桥向位移及墩顶支座纵向剪切变形分别减小了12.9%、9.3%和9.5%;随着墩高的增加,墩顶位移明显增加,而支座剪切应变明显降低,但桩顶位移及桩顶截面屈服面函数值几乎不变;当墩高从4 m增大到9 m时,墩顶漂移率增大了42.1%,墩顶支座剪切应变减小了57.5%。     

独柱墩T形刚构桥地震反应分析

针对目前城市桥梁通常采用的独柱墩连续梁桥的受力和结构设计存在的问题和缺陷,提出了2跨T形刚构桥梁结构形式,并对2种桥梁结构形式在构造和抗震性能方面的特点进行了对比.在构造方面,与连续粱桥相比,独柱墩T形刚构桥通过墩梁固结节省了支座,简化了伸缩缝的构造,增加了桥梁的横向稳定性,减小了横梁的受力.利用反应谱方法,推导了墩底固结等截面情况下T形刚构和连续粱桥简化模型的地震力和桥墩弯矩的解析表达式,并给出了不同周期范围内的2种体系地震反应的比较结果.采用桥梁的整体有限元模型,考虑桩土相互作用,对实桥进行了地震反应分析.研究结果表明,T形刚构采用墩梁固结能够显著降低地震力作用下桥墩和桩基的弯矩,提高了桥粱的抗震能力,简化了抗震构造.     

高墩大跨连续刚构桥梁的地震经济风险分析

在基于性能的地震工程风险评估框架基础上,针对某高墩大跨连续刚构桥,选用一组地震记录,利用增量动力分析（IDA）方法,借助桥墩损伤状态研究成果,建立解析损伤脆弱性函数,通过假定损失比,将桥梁结构的地震经济风险表达为年预期损失（EAL）形式．实例分析结果表明：在设定地震下,由于中小级别地震所造成的年预期损失约占总损失的72％．对于地震多发地区,高墩大跨连续刚构桥的地震经济风险主要来自于中小地震的危险性,决策者应采取适当措施减小地震经济风险．     

MDOF桥墩结构基于能量的抗震性能分析方法

针对脉冲型近场地震动的高能量输入,有必要发展以能量为指标的结构抗震性能分析方法．基于能量平衡原理,在给出多自由度体系的地震输入总能量和滞回耗能需求、结构耗能能力以及总能量沿各节点分布等计算方法的基础上,建立了一种基于能量概念的桥梁结构抗震性能评估方法．以3座加拿大的实际桥墩为算例,以近震记录和模拟脉冲为输入,验证了所建议方法的有效性和必要性．最后,以MDOF实体桥墩的时程分析结果为基础,对采用Akbas模型近似确定能量在以弯剪变形为主的中、低高度RC桥墩各截面分布的适用性进行了检验．