桥梁抗震设计理论发展:从结构抗震减震到震后可恢复设计

为了总结桥梁抗震理论与技术的现状和成果,探究桥梁抗震设计理论的未来发展方向,简要回顾了桥梁抗震设计理论的发展过程,介绍了国内外相关规范基于强度的桥梁延性体系设计方法,进一步论述并总结基于性能的桥梁抗震设计的框架与进展,详细讨论了基于位移的性能设计方法和全概率结构抗震性能设计与评估方法。系统介绍了常用的桥梁减震、耗能装置的基本构造、工作原理、分析模型以及应用状况等,分析近年来桥梁减震、耗能技术发展的新动向,指出桥梁减震、耗能技术正由单一的结构减震目标向面向结构性能控制转变,包括减震措施在非地震状态下的性能控制、以及考虑震后结构功能恢复的全寿命期性能控制等。介绍了目前结构抗震研究的新热点——基于震后可恢复性的新型结构抗震体系,详细分析基于摇摆基础和预应力节段拼装桥墩自恢复体系的作用机制和工作原理,讨论自恢复体系在震后结构性能恢复上的优势。在此基础上,展望桥梁抗震的未来发展方向,指出基于震后桥梁使用功能的抗震设计方法和具有自复位、低损伤特性的新型桥梁结构体系将是桥梁抗震研究的热点和重点。     

基于全寿命周期的桥梁结构抗震性能评价与设计方法研究进展

为了促进桥梁结构全寿命抗震设计研究在中国的发展,详细论述并总结了基于全寿命周期的桥梁结构抗震性能评价与设计方法在国内外的研究进展,同时建立了其研究体系的基本框架。首先介绍了钢筋混凝土桥梁结构在其全寿命周期内遭受以氯离子腐蚀作用为主的环境作用分析模型的研究成果,在此基础上着重介绍了以桥梁结构地震易损性分析方法为代表的抗震性能评价方法与地震损失成本评估方法的研究进展,最后论述了基于全寿命成本分析的桥梁结构抗震优化设计方法研究现状。研究结果表明：基于全寿命周期的抗震性能评价和设计方法能够合理地解决传统抗震设计方法中未考虑结构抗震性能退化的问题,对于桥梁抗震工程领域的发展具有重要意义。     

基于性能的隧道抗震设计研究现状

目前国内基于性能的隧道抗震设计相关研究和成果极为少见。日本、台湾、汶川地震中隧道和地下工程震害及在建地下空间、盾构和沉管隧道抗震设防需求表明亟需建立基于性能的抗震设计方法。本文对国际上性能抗震研究较为先进的美国和日本在建筑和地下工程领域中应用基于性能的抗震设计思想做了总结。同时,介绍了我国建筑结构领域对基于性能的抗震设计思想的应用,剖析了我国公路隧道、铁路隧道、城市区间隧道相关规范和研究的现状,提出了今后基于性能的隧道抗震设计理论发展的方向和需要深入研究的内容。     

基于机器学习的中小跨径公路梁桥抗震设计评价方法研究

为了探究机器学习方法在桥梁抗震中实现的基本思路,简要回顾了桥梁抗震分析理论与技术的发展和现状,综述了机器学习的应用领域,特别是在土木工程领域中的应用现状。介绍了机器学习的概念,总结了其关键因素和搭载平台,通过简单实例说明了机器学习的常用方法和代表算法。首先,总结了我国公路中小跨径桥梁多采用简支梁和连续梁的梁桥形式,同时统计了汶川地震中该类桥型的震害现象,包括桥墩、支座和挡块、桥台根据震害现象的破坏等级划分。其次,总结了国内外学者针对支座和挡块、桥墩、桥台开展的一系列抗震性能试验研究,回归出用于抗震分析的本构关系,进而得到桥梁各构件(包括基础)的抗震设计因素。最后,阐述了机器学习方法辅助该类桥梁抗震设计和评价中实现的总体思路,说明面向桥梁抗震任务的机器学习主要有两方面的工作:第一项是收集数量可观的桥梁设计资料,建立数据集;第二项是数据挖掘,包括对原始数据的处理,调试或开发合理的机器学习算法模型,并简要探讨了现有基于性能的概率抗震设计和评价方法对我国桥梁进行分析时存在的不足。在此基础上,指出下一步工作,展望桥梁抗震分析技术的未来发展方向——基于人工智能的桥梁抗震研究,并倡导学科之间的相互融合及专业人员之间的相互交流。     

大跨连续刚构抗震设防标准分析

基于合理安全度原则的抗震设防标准决策是桥梁抗震设计成败的关键,现行桥梁抗震设计规范关于抗震设防标准决策描述得比较笼统。本文在比较分析《公路桥梁抗震设计细则》和《城市桥梁抗震设计规范》的基础上,提出了桥梁抗震设防标准决策的实用方法,并结合日本规范分析了180m主跨连续刚构的抗震设防标准。     

分叉连续箱梁桥的抗震性能影响因素分析

目前,平面交叉已经难以满足现状的交通需求,立体交叉的出现将成为必然趋势,因此学者们趋向对立体交叉桥梁的抗震性能进行研究。大量数据表明,地震来临时,地震波的作用方向以及减隔震支座布置形式是影响桥梁抗震性能的重要因素,城市立交桥由于结构复杂,这两个参数对桥梁的抗震性能影响尤为重要。尤其是在桥梁主线与匝道的连接处,有着扭转、畸变以及剪力滞后的受力特点。基于这些原因,文章利用Midas有限元分析软件建立分叉箱梁桥的有限元模型,通过反应谱分析研究了地震波激励方向以及减隔震支座布置形式对分叉箱梁桥抗震性能的影响,得出结论:对于本例桥梁,地震动的最不利输入方向为40°和130°;减隔震支座应布置在以分叉桥墩为中心的四周桥墩上。     

直接基于位移的预制拼装墩柱抗震设计

基于性能的设计是桥梁抗震设计未来的发展方向之一,而基于位移的抗震设计方法是实现基于性能设计的最佳途径。预制拼装预应力混凝土桥墩的受力特性与普通钢筋混凝土现场浇筑桥墩的受力特性有较大区别,为了实现中高烈度区桥梁快速化施工建造,对基于位移的预制拼装预应力混凝土桥墩抗震设计方法进行研究。基于节点弯矩-曲率分析和非弹性位移反应谱,提出基于位移的预制拼装桥墩设计方法。首先根据基于性能的设计思想,结合预制拼装桥墩的受力特点,确定5个性能水平和对应的工程需求参数;然后推导塑性转动从接缝张开算起的目标位移的计算方法;提出单柱式预制拼装桥墩直接基于位移的抗震设计步骤,对该种旗帜形滞回响应结构的等效黏滞阻尼、非弹性位移反应谱、设计水平力、弹性开裂刚度等内容进行研究。以某拟静力往复加载试验预制拼装桥墩为例进行直接基于位移的设计,并进行纤维模型非线性地震时程分析,比较两者结果,验证所提方法的正确性。     

基于性能桥梁抗震设计研究

简述了基于性能抗震设计的主要内容、设计方法及桥梁采用IDA（Incremental dynamic analysis）方法对结构系统进行易损性研究,从而为桥梁结构基于性能抗震设计提供基础,对实际工程设计有一定的借鉴意义。     

高地震烈度山岭重丘区桥梁设计研究

在介绍了云南省思茅~澜沧高速公路常规桥梁抗震设计的基础上,总结了高地震烈度山岭重丘区各设计阶段桥梁抗震设计的主要内容及控制原则,为同类型桥梁的设计提供借鉴。主要经验有:抗震概念设计是桥梁抗震设计的总原则,应充分重视抗震概念设计;引入基于性能的设计准则进行桥墩延性设计,并制订合理的控制目标,做到结构抗震设计与工程造价的协调;重视抗震构造措施设计,采用多道设防、分级耗能的设计原则,来防范超预期的地震导致桥梁结构严重破坏。     

唐山曹妃甸工业区1#桥工程抗震设计

该文针对目前抗震规范无法满足大跨度斜拉桥抗震设计的问题,以唐山曹妃甸工业区1#桥工程为背景,阐述工程的抗震设防标准及性能目标,按照基于结构性能和构件能力保护思想的抗震设计方法,通过地震动参数和全桥的抗震性能研究,解决了强震区大跨度斜拉桥抗震设计的技术难题,为今后类似桥梁抗震设计提供参考。     

基于拉索减震支座的高墩桥梁抗震设计策略

近年来,随着我国桥梁工程的高速发展,桥梁交通网络不断完善,更多的高墩桥梁被应用于实际工程中。以某实际工程中的高墩桥梁为例,提出了基于拉索减震支座的抗震设计策略,对比研究了常规体系、采用摩擦摆支座的减隔震设计方案,分析了不同方案在E2水平地震作用下的桥梁结构响应。分析结果表明：高墩桥梁中采用拉索减震支座、摩擦摆支座都能有效地降低结构地震内力响应。摩擦摆支座与常规体系都可能导致较大的墩梁相对位移;拉索减震支座可有效控制墩梁相对位移,有利于防止落梁灾害的发生,是一种合理有效的抗震设防策略。研究内容可为高墩桥梁抗震设计提供有益参考。     

桥墩受车辆撞击研究综述

为促进桥墩防车撞设计的发展,从研究方法、撞击力取值、桥墩防撞设计及损伤评价等方面阐述了车撞桥墩的研究现状,指出现有研究中存在的问题和进一步研究的方向。结果表明,试验法、理论分析和有限元数值模拟等方法各有所长,3种方法相结合与相互验证将是车-桥碰撞研究的发展趋势;便于工程应用的车辆对桥墩的撞击作用计算公式亟需建立;车辆碰撞桥墩事故发生后如何对桥梁结构的损伤程度进行快速合理地评价有待深入探索;能同时减少桥墩及车辆碰撞损伤、占地面积小、防撞效果好的城市桥梁桥墩防车撞设计方法有待进一步研究。     

桥梁双柱式排架墩抗震性能研究进展述评

桥梁双柱墩在国内外中小跨径公路桥梁和城市高架桥中应用非常广泛,但在历次破坏性地震中震害普遍严重.为了揭示桥梁双柱墩在地震作用下的破坏机理,发展具有可恢复功能的防震桥梁双柱墩,实现从双柱墩结构到桥梁工程、再到交通线路乃至整个交通网络的全寿命周期抗震性能设计,对桥梁双柱墩抗震问题的研究进展进行评述.首先总结汶川大地震和国外...     

大跨度中承式钢箱桁架拱桥抗震体系研究

为研究大跨度中承式钢箱桁架拱桥合理抗震体系,以某主跨519 m的中承式钢箱桁架拱桥为背景,采用MIDAS软件建立全桥有限元模型,分析桥梁自振特性、非线性时程地震响应,对比采用拉索减震支座前、后2种抗震支承体系下的桥梁地震响应,并对拉索减震支座的自由程进行参数分析。结果表明:对于大跨度中承式拱桥,抗震体系设计应重点关注桥梁支座反力;由于主梁从主拱肋间穿过,降低了桥梁的抗扭刚度;采用拉索减震支座前、后,拱脚内力变化不大,桥梁支座横向水平力最大值由3 027 kN降至915 kN,桥梁顺、横桥向位移响应也得到明显改善;该桥合理拉索自由程为5 cm。     

钱江四桥抗震性能分析

根据钱江四桥地震危险性分析得到的地震动参数,基于两水准设防、两阶段设计的抗震设计思想,采用反应谱和时程分析两种方法对该桥的抗震性能进行了比较分析,分析时考虑了桩-土的相互作用及材料、伸缩缝、支座等非线形效应影响。研究结果表明:钱江四桥的抗震性能满足预期的设计性能目标,不会因地震而破坏。     

我国城市桥梁景观设计的现状与发展

随着我国城市化进程的大力推进和全面建设小康社会目标的积极实旌,城市桥梁的景观设计日益摆在了人们的面前。该文概要地介绍了当前我国城市桥梁景观设计的现状和存在的问题,阐述了城市桥梁景观设计的内涵,介绍了国内外城市桥梁景观设计的成功案例及发展趋势,并对我国城市桥梁景观设计提出了相关对策建议,以期促进我国城市桥梁景观设计的健康发展。     

大跨径连续刚构桥抗震分析及抗震性能评价

以高速公路上的1座连续刚构桥（90m＋2×160m＋90m）为例,参考新实施的《公路桥梁抗震设计细则》和国外相关规范,对大跨径连续刚构桥梁抗震分析和抗震性能评价的整个过程进行论述,为类似桥梁的抗震设计提供参考。     

白河特大桥主桥抗震性能分析

以白河特大桥主桥为研究对象,采用有限单元法,对其进行抗震性能分析,以提高其抗震能力;运用有限元程序Midas/Civil,结合该桥的结构特点,建立了桥梁的空间有限元模型,对其分别进行自振特性、反应谱和地震波下的时程响应分析。计算结果表明:该桥梁整体刚度较大,整体竖向刚度相对其横向、纵向刚度弱,桥梁振动以竖向振动形式为主;24号桥墩墩底截面受力最为不利,可作为全桥抗震设计的控制截面;并建议在主梁两端支座处需采取一定挡护措施,避免主梁两端在地震中产生横向偏离支座的情况发生。     

桥梁板式橡胶支座与粘滞阻尼器组合使用的减震性能研究

在分析几种减隔震装置的减震耗能机理的基础上,提出了板式橡胶支座与粘滞阻尼器组合使用的减震措施,并利用非线性时程地震反应分析方法,对这种组合装置的减震性能进行了研究。为了研究阻尼系数、阻尼指数和周期对减隔震桥梁地震反应的影响,作了大量的参数分析,给出了参数的合理取值范围。研究结果表明,组合使用板式橡胶支座和粘滞阻尼器,既能减小结构地震力,又能有效地控制梁体位移及墩、梁相对位移。     

湛江海湾大桥抗震性能分析

湛江海湾大桥主桥是主跨480m的混合梁斜拉桥。根据设计情况，采用空间有限元法计算分析了其动力特性，并用反应谱法对其抗震性能进行评估，得知其抗震稳定性满足要求。对该桥的抗震措施进行了阐述。