地震作用下单跨斜交梁桥碰撞模型反应分析

本文以45°斜交单跨简支梁桥作为研究对象,通过采用Sap2000建立模型,对挡块与梁体间的碰撞反应敏感性进行分析,进而得到了一些结论和规律,为减轻地震作用下桥梁碰撞效应提供一定的理论依据。     

高墩桥梁在地震作用下梁体与挡块之间的非线性碰撞效应研究

以都江堰至汶川高速公路上的庙子坪岷江大桥引桥部分的一跨简支梁为例来研究简支梁桥主梁与横向挡块在地震作用下的非线性碰撞效应,采用大型有限元软件进行数值模拟分析,主要研究了主梁与挡块之间的间隙和阻尼系数对非线性碰撞效应的影响。通过分析得出:主梁与挡块之间的间隙(gap)对碰撞效应的影响是个不确定因素;考虑阻尼能有效地减小碰撞效应,且阻尼对减小挡块与主梁之间的间隙是有利的。     

板式橡胶支座梁桥抗震挡块合理力学性能研究

为了提高板式橡胶支座梁桥的横桥向抗震性能,选择一座典型板式橡胶支座简支梁桥为研究背景,建立考虑支座滑动效应、墩柱弹塑性滞回性能和挡块力学性能的全桥精细化有限元数值模型,采用数值分析方法探讨了钢筋混凝土挡块的合理力学性能参数。结果表明：挡块最大剪力强度取上部结构恒载反力的20％～30％、横向间隙在2～10cm范围内为相对合理的挡块力学性能;提高挡块延性变形能力,可有效控制墩梁相对位移,同时不显著增加桥墩损伤程度。     

中小跨桥梁横向抗震挡块的合理设置方式

我国的中小跨径桥梁普遍采用板式橡胶支座并在横向设置抗震挡块,但现行的桥梁抗震设计规范对挡块的设置方式并没有明确的规定。为了探寻一种对桥梁下部结构抗震有利的挡块设置方式,该文采用非线性时程分析方法,考虑横向抗震挡块与上部结构的碰撞效应,研究两跨30m连续梁中横向抗震挡块对桥梁结构地震反应的影响,分析挡块和上部结构之间初始间隙对结构地震反应的影响规律。最终,从保护桥梁下部结构并能防止落梁的角度出发,提出一条抗震设计思路,为横向抗震挡块的合理设置提出建议。     

地震作用下斜交简支梁桥旋转机理及斜度影响研究

为研究地震作用下斜交简支梁桥梁体转动的影响因素,利用OpenSees软件建立考虑碰撞效应的单跨斜交简支梁桥简化动力计算模型,采用模态分析法和时程分析法计算了斜交简支梁桥的动力特性以及非线性地震响应,分析了梁体旋转发生的机理以及斜度对梁体旋转反应的影响。结果表明:对于橡胶支座支承的斜交简支梁桥,当梁体与边界不发生碰撞时,地震作用下梁体的转动由旋转振型引起,最大转角随斜度的增大而增大;当梁体与边界发生碰撞时,碰撞产生的力矩是引起梁体旋转的主要因素,最大转角随斜度的增大呈先增大后减小的变化规律。横向挡块对斜交简支梁桥梁体旋转具有重要影响,忽略其作用最大转角将被高估22.9%~65.0%。     

中小跨径板式橡胶支座梁桥新型隔震系统

为了解决中国采用板式橡胶支座中小跨径桥梁梁体移位震害严重的问题,在分析汶川地震中这类桥梁横桥向震害现象及破坏过程的基础上,总结板式橡胶支座摩擦试验及X形板弹塑性挡块拟静力试验成果,提出了中小跨径板式橡胶支座梁桥横桥向新型隔震系统。该隔震系统由板式橡胶支座和X形板弹塑性挡块组成,强震作用下通过板式橡胶支座滑动效应和X形板弹塑性挡块屈服减小地震能量输入,同时利用X形板弹塑性挡块传力可靠、滞回耗能能力稳定等特点,控制墩梁相对位移。选择一典型板式橡胶支座简支梁桥为研究原型,对采用新型隔震系统的简支梁桥抗震性能进行了振动台试验验证。结果表明:地震过程中新型隔震系统可大量耗散地震能量,有效控制墩梁相对位移,同时控制传递至下部结构的地震力,确保桥墩及基础免受严重损伤。     

考虑碰撞效应的连续梁桥横向混凝土挡块设计

为给横向混凝土挡块的设计提供明确的依据和参考,以Kelvin模型和Hertz模型为基础,考虑梁体和挡块质量以及二者在碰撞前相对速度的影响,根据动能定理和动量守恒,提出碰撞刚度的计算方法;在此基础上考虑地震作用下主梁与横向挡块间的碰撞效应,分析挡块的初始间隙、高度、厚度等设计参数对墩身、盖梁及挡块自身受力的影响规律。以在满足挡块对墩梁相对位移限制作用的同时,尽可能控制墩身剪力为挡块的设计原则,给出了挡块主要设计参数的建议取值。研究结果表明:设置横向挡块能有效防止落梁震害的发生;随着挡块间隙的逐渐变大,墩身的剪力总体呈减小趋势,碰撞效应减弱;过渡墩的支座滑移距离随挡块初始间隙的增大而增大;挡块厚度和高度对墩底剪力的影响均较小,但对盖梁应力的影响较大,盖梁应力随着挡块厚度的增加而减小,随着挡块高度的增加而增加,当挡块高度达到一定数值时,盖梁的最大拉应力可能超过其最大抵抗应力而破坏;挡块与主梁的初始间隙以0.06m左右为宜,挡块高度可在0.55~0.65m取值,挡块厚度在0.48~0.58m内取值,根据以上参数设置的混凝土挡块,碰撞时最大拉应力可能超过混凝土的抗拉强度而开裂,但受压区混凝土不发生破坏,钢筋的应力亦不超过钢筋的屈服强度,满足挡块承载力的设计要求。     

考虑双向碰撞的斜交桥抗震性能分析

地震作用下,采用板式橡胶支座的斜交桥易产生滑移,导致主梁发生较大的位移,并与桥台和横桥向挡块发生碰撞。为分析公路斜交桥碰撞作用机理及其影响因素,对一座三跨连续斜交桥进行非线性时程分析,考虑了不同斜交角(取值0°～60°)和横向挡块间距等因素,分析了纵、横桥向不同碰撞模型及其设计参数对桥梁地震响应的影响。结果表明:斜交桥在纵、横桥向的碰撞作用是主梁发生转动的主要因素;该文采用的弹塑性碰撞模型能较好地反映斜交桥地震响应的不规则性;挡块间距的改变会增加桥台处不均匀碰撞现象,显著影响斜交桥碰撞效应,可通过选择合理挡块初始间距来降低地震损伤。     

考虑碰撞效应的混凝土连续梁桥纵向挡块参数分析研究

以中小跨度典型梁式桥为工程背景,利用有限元软件建立桥梁结构的多尺度模型,基于接触单元理论,提出能考虑碰撞过程中能量消耗的碰撞模型,考虑地震作用下桥梁结构梁体与纵桥向限位挡块间的碰撞效应,对比分析是否设置挡块,以及墩高、碰撞刚度、碰撞阻尼等对桥梁结构地震响应的影响。结果表明:设置纵向挡块之后,过渡墩的墩底剪力和墩顶位移有所增加,但墩梁相对位移大幅度降低,可很好地防止纵向落梁震害的发生;碰撞刚度的增大,会增大墩底剪力和墩顶位移,减小主梁位移和墩顶相对位移,对于与本文分析类似规模的桥梁,建议纵向挡块的碰撞刚度取10~8N/m较合适;纵向挡块的碰撞阻尼对桥梁的地震响应影响相对较小,在设计时可不予特别考虑。     

弹性挡块对高墩T形连续梁桥抗震性能的影响

在采用了普通橡胶支座的情况下,使用有限元分析软件midascivil建立抗震分析模型对桥梁挡块进行抗震性能分析。分析结果表明采用合适的挡块刚度及挡块与梁间隙,对减轻桥梁结构的地震动力响应有着较好的效果。     

直缝型后张预应力装配式UHPC挡块抗震性能研究

针对常规普通混凝土挡块在震后修复较困难的问题，提出一种适用于中小跨径桥梁结构的可替换直缝型后张预应力装配式超高性能混凝土（UHPC）挡块结构形式。设计并制作了4组装配式UHPC挡块模型试件，分别进行拟静力破坏试验，探讨了加载高度、挡块厚度和预应力初张力大小对后张预应力装配式UHPC挡块抗震性能的影响。然后，建立ABAQUS有限元分析模型并与试验结果进行校核验证，通过一系列有限元参数分析研究了挡块摩擦因数、荷载加载高度、预应力初张力值和UHPC挡块厚度对新型挡块转动机制的影响机理。研究结果表明：装配式UHPC挡块具有良好的抗震位移能力和自复位功能；挡块与盖梁间的摩擦因数对挡块转动性能的影响可忽略不计；加载高度增加会导致挡块转动临界荷载和承载能力下降；增加挡块厚度能显著提升挡块自身强度，降低挡块地震损伤；增大预应力初张力大小能够提高挡块的临界转动荷载和承载能力；进行后张预应力装配式UHPC挡块设计时，可直接利用预应力初张力和加载高度等参数来估算挡块的设计临界转动荷载。     

地震作用下城市立交抗震挡防撞措施分析

为了明确地震作用下抗震挡前设置防撞装置对结构抗震性能的作用,通过非线性时程反应分析,应用接触单元对比了城市立交中抗震挡设置了防撞装置后的结构抗震性能。由有防撞装置单墩模型参数分析以及一联简支梁设置与不设置防撞装置模型的对比分析可知:防撞装置的最大容许变形量是防撞效果的重要控制参数,在抗震设计中应综合考虑结构碰撞刚度、防撞装置可以提供的变形量以及构造许可等因素。     

板式橡胶支座梁桥大比例缩尺模型抗震性能试验研究

为研究板式橡胶支座梁桥横向约束体系的减震性能,制作某(30+30)m两跨一联的桥面连续简支梁桥大比例缩尺全桥结构模型,对缩尺模型进行振动台试验,研究无约束自由滑动体系、X形板弹塑性挡块约束体系及钢筋混凝土挡块约束体系的地震反应。试验结果表明:地震动输入过程中,板式橡胶支座、X形板弹塑性挡块及钢筋混凝土挡块均有损伤或弹塑性变形,提供体系的能耗增加;随着地震强度的增加,无约束自由滑动体系中板式橡胶支座发生滑动,梁体出现永久残余位移;设置钢筋混凝土挡块体系的墩梁最大相对位移最小;X形板弹塑性挡块体系能大量耗散地震能量,有效减少墩梁间相对位移以及传递至下部结构的梁体地震力,使桥墩及基础免遭严重损伤,减震性能较好。     

桥梁结构地震碰撞效应及防落梁措施研究现状

介绍了桥梁结构地震碰撞效应及防落梁措施方面的一些近期进展。在介绍了接触碰撞问题的计算理论及分析方法的基础上,对地震作用下相邻桥梁结构间碰撞效应的理论以及试验研究进展进行了回顾和总结;并针对地震中桥梁上部结构发生落梁的问题,介绍了减轻相邻梁体间碰撞的措施、桥梁伸缩缝处的支承宽度、纵向限位器的设计方法、横向抗震挡块的设计方法等研究方面的进展,分析了各国抗震设计规范对桥梁伸缩缝处支承宽度的规定,同时指出目前我国在这方面研究的欠缺。     

连续曲线梁桥横向抗震加固设计研究

为提升曲线梁桥横桥向抗震性能,以某座非规则的三跨连续曲线梁桥为例,建立考虑挡块横向限位性能退化下不同盖梁挡块间隙、强度的全桥弹塑性三维数字时程分析模型。结果表明,考虑横向盖梁挡块限位性能退化的曲线梁桥结构模型,其罕遇地震时更接近实际,主梁和挡块位移与变形响应更大,下部结构弯矩响应峰值减小;盖梁挡块强度越大,对主梁和支座的限位效果越明显,但同时对盖梁抗力性能需求也越高,下部结构响应也会增加;合理的挡块间隙能够协调发挥挡块和支座各自性能。     

简支梁桥纵向水平随机地震反应分析及抗震可靠度计算

简支梁桥各墩在强震时纵向水平地震振动表现了单墩独立的振动特性,可以把简支梁桥在强震作用下的地震振动简化为单墩单梁模型来模拟。笔者对柔性桥墩的简支梁桥采用单墩单梁模型进行了纵向水平随机地震反应分析和抗震可靠度的计算。柔性桥墩的简支梁桥在强震作用下简化为单墩单梁模型,受力过程明确,计算得到大大简化,对柔性桥墩的简支梁桥在地震作用下的安全可靠性的评估具有一定的实用价值。     

简支梁桥最小搭接长度数值仿真研究

为防止强震作用下简支梁桥产生落梁,依据JTG/T B02-01—2008《公路桥梁抗震设计细则》的抗震设计方法,运用均匀设计法设计了一系列简支梁桥数值模型,并计算了E2地震作用下墩梁的相对位移。同时,根据数值分析结果,综合考虑跨径、墩高和斜交角的影响,运用最小二乘法拟合出简支梁桥最小搭接长度的实用简化计算公式,其可为简支梁桥抗震设计提供参考。     

曲线梁桥地震响应影响因素分析

针对曲线梁桥地震响应特性比较复杂,在地震中容易发生较为严重震害这一现象,以某三联曲线梁桥为背景,建立三维有限元模型,采用非线性时程分析方法,系统研究了主梁与挡块及伸缩缝的碰撞效应和地震输入角度对规则曲线梁桥和非规则曲线梁桥地震响应的影响。研究表明:碰撞效应对曲线梁桥的地震响应有较大影响,特别是对墩底的径向剪力和绕切向弯矩影响更为明显,而对墩底的切向剪力和绕径向弯矩影响相对较小。挡块碰撞对内力响应的影响,规则曲线梁桥与非规则曲线梁桥基本相同,但对位移响应的影响,规则曲线梁桥大于非规则曲线梁桥。地震动输入角度对规则曲线梁桥和非规则曲线梁桥地震响应影响有所不同,在进行规则曲线梁桥地震响应分析时采用规范规定的曲线梁桥地震动输入角度进行抗震验算是合理的;但对非规则曲线梁桥进行地震响应分析时应根据具体情况确定最不利的地震动输入角度进行抗震验算。     

简支梁桥地震损伤演变过程分析及抗震设计建议

简支梁桥是我国使用最广泛的桥型,为明确其地震损伤演变过程,以典型的3跨简支梁桥为研究对象,采用OpenSees软件建立了精细化的有限元模型,并基于增量动力分析(IDA)方法进行了非线性时程分析.结果表明:板式橡胶支座和混凝土挡块是整个结构中最先发生损伤且损伤最严重的构件,桥墩损伤较轻,这一结论与近年来地震中采用板式橡胶...     

基于高阻尼橡胶支座的混凝土连续梁桥减隔震性能

将一种新型的高阻尼橡胶减隔震支座应用在连续梁桥上,以桥墩及桩基抗弯能力和支座位移等性能指标为研究对象,基于数值模型,着重分析非规则混凝土连续梁桥纵桥向的减隔震性能。为使全桥结构的地震需求规则化、均匀化,根据数值分析结果,优化了非规则连续梁桥的减隔震支座设计参数和布置方案,采用连梁装置和纵向限位挡块解决隔震产生的大位移,并对桩基础的设计方案进行了探讨。连续梁桥的减隔震设计兼顾了抗震性能和经济性的总体需求。计算模型考虑了场地土体刚度、支座非线性以及限位挡块的碰撞等,分析结果表明高阻尼橡胶支座具有较好的减隔震性能。