高铁简支梁桥横向地震碰撞效应及减震研究

为了研究高铁简支梁桥横向地震碰撞效应及减隔震装置的减碰效果,以7跨32 m标准跨径简支梁桥为例,通过试验测定挡块的实际力-变形曲线,并基于SAP2000建立了考虑地震碰撞效应的有限元模型.在此基础之上,分析了轨道系统、挡块-垫石初始间距及挡块钢板厚度对桥梁地震响应的影响,并进一步探讨了橡胶垫层、铅芯橡胶支座（LRB）、摩擦摆支座（FPB）、高阻尼橡胶支座（HDR）及液体粘滞阻尼器的减碰效果. 研究结果表明:轨道系统的约束作用会显著改变各桥跨之间的地震力分配;在所考虑的最大地震激励下,碰撞力峰值达2.18 MN,挡块的非线性效应显著;对于本文算例而言,挡块-垫石间距设为3 cm,挡块钢板厚度取32 mm是一个较为合理的配置;减隔震装置能够有效地改善桥梁结构抗震性能,且其防碰减震效果受地震波频谱特性及自身作用机理的影响,其中,FPB支座具有较强的适用性,且安装FPB支座后各桥跨之间的地震力分配更加均匀.      

在役桥梁挡块基于保险丝理念的改造方法

因在役桥梁的抗震挡块在构造和配筋上缺乏规范的指导而限位效果低下,基于保险丝理念,通过改造挡块提高在役桥梁抵抗地震破坏的潜能. 首先通过拟静力试验,验证了经特定构造和配筋处理的挡块可满足保险丝理念的要求;然后,结合试验,根据滑移剪切机理建立了改造挡块的强度计算公式,并由此提出了改造挡块的具体实施细节和流程;最后,通过实桥模拟,对比分析了改造挡块的限位和传力效果. 研究结果表明:改造挡块发生大位移延性滑移剪切破坏,不会对盖梁/台帽造成损伤;改造挡块在不同设计参数下仍可采用统一的强度计算公式进行分析,计算误差普遍低于10%,大部分低于5%;实桥分析显示在E1和E2地震作用下改造挡块可使梁端侧移分别降低13.5%和22.0%,支座横向变形分别降低83.1%和45.8%;改造挡块在E1地震下处于完全弹性状态,在E2地震下处于强度退化状态,发挥了结构保险丝的作用.      

地震下城市高架桥横向偏心碰撞响应与防撞效果分析

为适应材料因温度等因素的变化而产生的横向伸缩变形及其对结构的影响,通常梁体与挡块之间会留有一定间隙。针对城市高架桥中梁体与挡块在强震作用下的横向碰撞现象,建立了考虑上部结构与挡块间偏心距和支座非线性的横桥向单墩碰撞模型。采用非线性地震反应时程分析方法,研究了初始间隙及其大小对桥梁结构横向地震反应的影响,并评估了设置橡胶缓冲垫后的防撞效果。研究结果表明：城市高架简支梁桥横向间隙处的偏心碰撞放大了桥墩的地震需求,通过在挡块内侧安装橡胶缓冲垫,可以大幅减小间隙处的碰撞力,将有效改善桥梁结构的横向抗震性能。     

地震作用下多跨简支梁桥挡块优化设计研究

为研究墩柱损伤时弹塑性挡块的合理参数设计,以三跨简支梁桥为例,建立了OpenSees有限元软件计算模型.通过非线性时程分析,动态调整挡块屈服强度,建立了挡块屈服与墩柱损伤状态之间的直观联系,分析了弹塑性挡块初始刚度、屈服后刚度比参数.研究结果表明:挡块强度的增大,其限位能力也增强;当桥墩挡块强度的设定以桥墩达到中等损伤为目标时,有利于地震惯性力合理分配;挡块初始刚度的增大,可有效降低主梁位移响应,其对桥墩地震响应的影响较挡块强度的小;强震作用下挡块屈服后,桥梁地震响应对挡块屈服后刚度的变化十分敏感,较小的屈服后刚度比对下部结构抗震有利,同时不会造成上部结构位移需求的急剧增长.     

强震区桥台岸坡震动滑移破坏机理研究

针对汶川地震中大量桥梁岸坡出现滑移破坏现象,对地震作用下桥台岸坡滑移进行了理论研究.根据米塞斯流动法则,得到地震作用下桥台岸坡滑动面应变速度以及与滑动线夹角,据此得出作用于岸坡各外力做功和塑性流动消耗的能量,依据外力所做功与内部消耗能量相等的原则,最终推导出岸坡最大地震主动土压力及所对应滑动面倾角,将能量耗散理论与岸坡...     

欧洲桥梁抗震设计理论及计算分析方法

引言 众所周知,“5.12”汶川大地震震区范围内的桥梁受到严重破坏。对于数量众多的常规结构简支梁桥、连续梁桥而言,地震损害主要表现在落梁破坏和整体倾覆,而墩柱、基础、支座滑动破坏及梁体位移过大等方面。桥梁震害产生的原因除地震强度太大外,桥梁支承连接部件（支座）失效、梁体限位装置（挡块）不合理、墩柱延性及抗剪强度不足,     

浅谈桥梁工程橡胶支座的更换方案

浅谈橡胶支座的更换方案。橡胶支座在桥梁上的应用已有60年左右的历史,支座是桥跨结构的支承部分。它的作用是将桥跨结构的支承反力传递给墩台,并保证桥跨结构在荷载作用下能满足设计要求的变形。在经过长时间的使用后,难免会出现不同程度的磨损,如高温后剪切变形、裂缝或裂纹、破损、偏位等,这样的支座就必须及时更换。     

预应力组合梁变形的解析计算

预应力组合梁结构是对组合梁施加预应力,其特点是可以节省钢材,减轻自重,降低结构高度,增大承载力,提高构件的屈服荷载,增大了截面刚度,在相同荷载作用下减小了变形。由于预应力组合梁具有的预应力效应,引起组合梁的偏心受压;同时组合梁界面存在相对滑移,预应力等效荷载作用必定产生初始剪切滑移现象。因此预应力组合梁受力全过程存在一定挠曲-滑移非线性问题。     

桥梁伸缩缝结合件破坏原因分析及防治

在气温变化、混凝土收缩、荷载作用,桥梁墩台的沉降及徐变等因素影响下,桥跨结构会产生变形,从而使梁端产生位移。为适应这种位移并保持桥上行驶车辆的平顺性,就必须在桥面的两梁端之间以及梁端与桥台背墙之间设置横向伸缩缝。车流量、车速、车辆荷载不断提高以及施工中遗留的问题使伸缩缝结合件的病害和损坏非常普     

球型支座的结构设计与检算

为适应我国高速铁路桥梁建设对支座提出的新要求,在国内铁路行业相关标准及欧洲标准基础上,对球型支座进行了结构设计及检算。基于对球型支座结构及工作原理的分析,介绍了平面滑板和球面滑板关键尺寸的选取方法。球型支座转动时产生荷载偏心,会引起滑板的附加应力,在计算支座转动偏心量的基础上,提出了球面滑板应力的校核标准。上支座板挡块主要承受支座水平力并为支座滑动提供导向,文中对挡块及侧向滑动材料进行了详细的检算和分析,为支座能承受足够的横向力提供了保障。最后提出了球型支座的设计控制因素,以及目前国内球型支座的发展现状,对深入研究球型支座的关键技术具有参考意义。     

复杂地形条件下桥上CRTSⅡ型轨道系统地震响应

为了研究复杂地形对桥上CRTS Ⅱ型轨道系统地震响应的影响, 以沪昆高速铁路线16~32 m简支梁桥为例, 考虑钢轨、扣件、轨道板、砂浆层、底座板、滑动层、桥梁、固结机构、端刺与挡块等部件, 建立了多跨简支梁桥-双线CRTS Ⅱ型轨道系统非线性动力学仿真模型, 研究了桥上CRTS Ⅱ型轨道系统纵向力分布特征; 设置了4种典型地形工况, 分析了不同墩高条件下桥上CRTS Ⅱ型轨道系统地震响应规律。分析结果表明: 与非纵连轨道结构相比, 桥上CRTS Ⅱ型轨道结构最大钢轨应力相对较小, 约为138.8 MPa, 应力包络曲线呈反对称, 线形平滑; 轨道板和底座板共同承受纵向力, 其最大值均出现在桥台附近, 最大拉应力分别达到25.2、27.1 MPa, 将在地震中发生开裂; 在地震中, 端刺承受着巨大的纵向力, 可达14~20 MN; 底座板与桥面之间相对位移超过24 mm, 对系统有隔震耗能作用; 地形对钢轨、轨道板和底座板纵向力的影响约为30%左右, 对墩底剪力影响较大, 在地形发生突变处, 墩底剪力增幅达4倍; 靠近桥台处的滑动层横向变形较大, 可达2.7 mm, 随着墩高增大, 扣件与滑动层纵横竖变形增大; 在地震作用下, 滑动层普遍存在着较大的竖向变形, 桥台附近滑动层竖向变形可达43.5 mm; 在地震中, 挡块与底座板之间存在着频繁的碰撞现象, 桥台附近挡块碰撞力可达38 MPa, 挡块将发生损坏。      

强震区桥台滑移变位特性及趋势研究

在充分总结已有的桥台位移计算理论的基础上,以Newmark滑块及Zeng和Steedman转动块理论为基础,分别建立了地震下桥台滑移位移、转动位移以及滑移与转动相互耦合位移的计算模型,提出了台体位移的计算方法。最后根据此计算方法分别分析了位移指数、滑移位移及位移分量百分比等指标在不同地震烈度下的变化趋势,以量化方式衡量了桥台的抗震性能。为研究强震区桥台抗震提供了新的可行性思路。     

西小坪预应力连续箱梁桥抗震分析

石太客运专线的西小坪大桥主桥(DK107 921.80)采用预应力混凝土连续箱梁方案,桥跨布置为48 m 80 m 40 m,位于七度地震区,需要进行抗震设计.依据三水准抗震设计目标,对该桥进行了小震下的弹性验算及罕遇地震下的弹塑性抗震验算,分析结果表明该桥能够满足“小震不坏,大震不倒”的设防目标.     

简支梁桥的地震反应性能

分析研究了简支梁桥在地震作用下的空间地震反应性能。着重讨论了桥梁支座在地震过程中的反应特点和滑动铰支座的摩擦系数和桥梁空间地震反应性能的影响。因为摩擦的滞回特性，所以在地震过程耗散大量的能量。滑动铰支座的摩擦存在对桥梁的抗震是有利的。     

粘弹性阻尼器对空间桁架结构减震设计与分析

大跨空间结构的振动控制问题一直是人们关注的焦点,其抗震性能的好坏直接关系到人民生命和国家经济财产安全.采用粘弹性阻尼器对大跨空间桁架结构进行减震控制,计算阻尼器相应的力学参数,并对加与未加粘弹性阻尼器结构的地震响应进行对比.分析计算表明:无论在Taft地震波还是在E1 Centro地震波下,在大跨空间桁架结构中加入粘弹...     

基于失效概率法的桥梁地震风险评估

为了研究地震破坏下高速铁路连续梁桥发生破坏的可能性,根据地震风险性（risk）为地震危险性（hazard）与易损性（fragility）乘积的定义,基于失效概率法,对高速铁路连续梁桥地震风险评估方法进行了分析.通过条带法建立桥梁地震需求模型,基于可靠度函数获得桥梁地震易损性曲线,拟合得到桥梁易损性概率密度函数;根据桥址处地震危险性资料,推导桥址处地震加速度概率密度函数;通过地震加速度概率密度函数与桥梁结构易损性概率密度函数的数值积分,实现桥梁地震风险概率评估.以一座（32+48+32）m高速铁路连续梁桥为例系统演绎了失效概率法桥梁风险评估的实现过程.研究结果表明:当地震危险性资料缺乏或不足时可以通过地震烈度分布函数及其与地震峰值加速度之间的换算关系,推导和完善地震危险性分析资料;对于高速铁路（32+48+32）m连续梁桥100年设计期间内发生轻微损伤的概率为5.16%,发生中等损伤的概率为4.46%,桥梁受到轻微损伤和中等损伤风险概率接近,几乎不可能发生严重损伤和完全破坏.      

地震作用下轨道-桥梁系统损伤与轨道不平顺的对应关系

针对地震作用下高速铁路轨道-桥梁系统损伤与轨道不平顺的对应关系不明确问题, 运用能量变分原理,推导了多层叠合结构层间变形协调关系表达式,将该表达式应用在高速铁路单元式和纵连式无砟轨道-桥梁系统中,按系统轨道形式与梁跨结点进行划段装配,提出了考虑路基与简支引桥影响的高速铁路基础结构变形与轨道不平顺的对应关系;采用现场实测、数值仿真模型与列车-轨道-连续梁桥-路基耦合动力学理论对对应关系进行了验证,并统计了地震作用下轨道-桥梁系统的损伤规律;基于提出的对应关系求得了考虑地震损伤的轨道不平顺样本,并采用数值仿真模型对其进行验证。研究结果表明:提出的对应关系与数值仿真模型求得的桥梁变形引起的轨道不平顺及现场实测值吻合较好,最大误差不超过5%,且轨道不平顺作用下车-桥动力学性能指标变化也基本一致,验证了本文提出的对应关系的正确性和有效性;地震作用下轨道-桥梁系统层间各部件的损伤较小,而支座的损伤较大,系统部件最大损伤位置在主梁梁缝处,但也仅约为支座损伤的1%;在不同水准地震作用下,采用提出的对应关系和数值仿真模型计算的地震损伤与轨道不平顺的对应曲线均吻合良好,说明提出的对应关系可用于计算与预测地震作用下高速铁路轨道-桥梁系统的轨道平顺性。      

基于推倒分析的典型大跨连续刚构桥易损性研究

为研究地震作用下典型大跨连续刚构桥的易损特征,采用大型有限元通用程序midas/civil,对一座典型大跨连续刚构桥梁进行了全桥模式的非线性推倒分析研究。根据纵桥向的推倒加载模式,进行了推倒分析计算,分析了结构总推倒分析曲线,计算了全桥的薄弱环节,确定了可能的塑性铰位置和出铰顺序。研究结果对于预测地震时全桥易损结构部位有重要的理论意义,可供类似大跨连续刚构桥抗震分析参考。