冲刷作用下钢管混凝土拱桥地震易损性分析

地震和冲刷是导致桥梁发生损伤的两类主要自然灾害,为保证桥梁的抗震性能,有必要对冲刷作用下桥梁的地震易损性进行研究。分析了桥梁地震易损性理论与冲刷深度的计算方法,运用有限元软件建立了某一钢管混凝土拱桥的数值模型,根据地震易损性理论确定了各损伤状态下的损伤指标,建立了不同冲刷深度下的地震需求响应概率模型,进而得到了该拱桥拱肋和主梁的易损性曲线,并分析了冲刷深度与地面峰值加速度变化对拱肋和主梁地震易损性的影响。研究表明：桥梁拱肋和主梁在各损伤状态下的损伤概率均随着地面峰值加速度的增大而呈现非线性增加,其增速为先变快而后变缓;当地震峰值加速度较小时,冲刷深度的变化对于损伤概率几乎无影响,但当其大于某一临界值时,冲刷深度越大,拱肋和主梁发生损伤的概率显著提高;当冲刷深度和地震峰值加速度一定时,桥梁拱肋和主梁的损伤概率随着损伤程度的增加而减小。     

中小跨径混凝土连续梁桥地震易损性研究

以国内常见的中小跨径混凝土连续梁桥为对象,考虑了桥墩、板式橡胶支座构件损伤,对桥梁系统进行了地震易损性分析。在桥梁易损性分析中,使用了超拉丁方抽样技术形成桥梁样本,从太平洋地震工程研究中心数据库中选取了大量地震波作为地震动输入样本,以桥墩漂移率、支座相对变形作为损伤指标,并对损伤指标予以了量化。在计算得到桥梁构件易损性曲线的基础上,使用一阶可靠度理论形成了桥梁系统易损性曲线的上下界限,并得出了桥梁不同损伤状态对应的具有统计意义的中位值地震动强度。研究结果对于在役的同类型桥梁抗震加固设计及地震灾害损失评估提供了理论依据。     

弯扭复合作用下RC圆形桥墩抗震性能

为了阐明弯曲和扭转耦合作用下 RC 圆形桥墩的抗震性能,对扭弯比不同的12个 RC 圆形桥墩进行了循环试验研究,并基于试件的破坏特征、滞回性能和钢筋应变等试验观测结果,分析了弯扭复合作用下扭转作用对桥墩抗弯能力的影响,以及配筋率、箍筋间距及箍筋形式对桥墩弯曲和扭转性能的影响;采用有限元软件 ABAQUS 模拟了不同扭弯比的 RC 圆形桥墩在弯扭复合作用下的破坏特性和弯扭承载能力。研究结果表明：弯扭相互作用降低了 RC 圆形桥墩的抗弯和抗扭承载力,桥墩的变形特征和失效模式发生了改变,损伤破坏区要高于弯曲塑性铰长度区域,提出的“交叉互锁”螺旋箍筋形式可有效解决由于扭转效应导致的RC圆形桥墩承载能力降低的问题。     

基于Monte Carlo模拟的公路网络震后连通性与通行时间分析

为评价公路网络系统震后功能保障能力,基于Monte Carlo(MC)模拟方法建立了路网震后连通可靠度和交通量通行时间分析模型。采用地震易损性曲线表示道路和桥梁的地震破坏状态及其对应的概率;采用道路和桥梁破坏状态对应的连通性、行车速度、通行能力折减系数,表示道路和桥梁结构地震破坏产生的路段通行能力下降;考虑道路和桥梁结构地震破坏不确定性,采用MC方法模拟路段通行能力下降后的路网震后功能。在每次MC抽样计算中,采用宽度优先搜索算法判别路网连通性,采用增量分配算法进行路网静态交通量分配,得到路网整体通行时间。以多次MC模拟计算的路网连通可靠度和通行时间均值,表示路网的震后通行状态,通过算例分析了路网连通性和通行时间分析模型的特点及其适用性。结果表明:路段震后通行能力下降是造成震后路网整体通行时间增加的主要原因,低连通可靠度节点的震后通行时间较高,增加路网交通流量服务供给点(源点)可以提升路网的震后保障能力;连通可靠度分析模型适用于路网参数较少情况下的初步分析;交通流量通行时间分析模型,考虑了路段的交通流通行属性和路网OD交通量参数,可提供较为精确的分析结果。     

基于振动台试验的空心桥墩地震易损性分析

为有效评估钢筋混凝土矩形空心桥墩的损伤状态,基于空心桥墩的振动台试验结果,结合有限元数值模拟,利用考虑墩顶相对位移的损伤指标,以地面峰值加速度PGA为地震动强度参数,对钢筋混凝土矩形空心桥墩进行增量动力分析.由此,获得空心桥墩在不同峰值加速度作用下发生某种损伤的超越概率曲线,对桥墩进行损伤评估.研究结果表明:考虑墩顶相...     

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。     

弯扭耦合效应下混凝土桥墩的抗震性能

为了研究地震作用下压弯剪扭耦合作用对桥梁中墩梁固结墩的影响规律,进行了7根压弯剪扭耦合作用下钢筋混凝土桥墩的拟静力试验,确定了桥墩的不同破坏模式,给出了桥墩的剪力-位移和扭矩-扭转角滞回曲线和骨架曲线,分析确定了扭弯比、长细比、纵筋配筋率和箍筋配筋率等参量对桥墩弯扭耦合抗震性能的影响。基于理论分析和拟静力试验,给出了四线式剪力-位移骨架曲线和三线式扭矩-扭转角骨架曲线的理论模型。研究结果表明:理论骨架曲线和试验曲线吻合较好;理论模型揭示了钢筋混凝土桥墩弯曲和扭转的关键影响因素及耦合效应,其中剪力-位移理论骨架曲线主要取决于桥墩破坏截面的弯矩-曲率关系,扭转承载力主要来自于混凝土和箍筋2个部分,墩顶扭转角可以根据混凝土桥墩的弹性扭转角和扭转塑性铰的扭转角叠加计算;弯扭耦合效应会造成混凝土桥墩抗震性能发生明显的变化,较大的扭转效应会使桥墩在达到最大抗弯性能前发生破坏,而弯曲效应会大幅降低桥墩的抗扭承载力;随着长细比的减小,最大剪力增加,极限位移减小,最大扭距基本不变;纵筋率主要影响混凝土桥墩的抗弯承载力,对抗扭性能影响不明显,箍筋率主要影响桥墩的抗扭性能;工程中应采用考虑弯扭耦合的方法进行抗震设计。     

钢管混凝土拱桥地震损伤评估

为研究中承式钢管混凝土拱桥整体及各构件在地震作用下的损伤状态,基于变形或内力和累计耗能的双重破坏准则,分析拱桥在天津地震动作用下各构件的损伤指数和损伤状态。通过各构件加权的方式对桥梁整桥进行损伤评估。结果表明:地震作用对拱桥构件中支座和边跨墩柱的损伤程度最大,边跨桥墩基本处于中等破坏状态,在0.3g地震动下大部分支座处于严重损伤状态。峰值加速度为0.1g时拱桥整体处于轻微损伤状态,峰值加速度为0.2g到0.3g时拱桥整体处于中等破坏状态。     

基于均匀设计响应面法的桥梁地震易损性分析

针对桥梁地震易损性分析中计算量偏大的研究现状,首先,以一座多跨连续梁桥为研究对象,综合考虑材料、结构和地震动的不确定性,提出了一种基于均匀设计和响应面法的地震易损性分析方法。基于Open Sees建立了算例桥梁非线性有限元模型。然后,考虑桥墩和支座等桥梁构件的损伤,定义桥墩和支座在不同损伤状态下的损伤指标,建立了桥梁构件和桥梁系统地震易损性曲线。最后,为验证本研究方法在桥梁地震易损性分析中的适用性和有效性,分别通过本研究方法、蒙特卡罗、正交设计和中心复合设计的响应面法对算例桥梁进行地震易损性分析,分别从抽样次数、计算耗时、响应面模型精度和易损性曲线等方面,对4种方法进行了比较。研究结果表明:在易损性曲线方面,本研究方法与基于蒙特卡罗的响应面法的偏差约为3%;在抽样次数、有限元计算耗时方面,本研究方法分别比基于蒙特卡罗、中心复合设计和正交设计的响应面法减少了99.70%,58.49%,8.70%;本研究方法建立的结构响应面模型与基于中心复合设计和正交设计的响应面法相比,其精度分别提高了12%和5%。     

基于IDA-PSDA的路堤震害易损性评价

为了研究路堤在地震作用下的易损性特点和挡土墙对路堤震害易损性的影响,选取连云港—霍尔果斯高速公路西安—宝鸡段K1125+470处路堤进行理论性震害易损性评价。通过划分路堤震害等级,选取路堤震害损伤参数,建立了路堤震害等级与路堤震害损伤参数之间的对应关系;采用Flac软件建立了无挡土墙和有挡土墙路堤的有限差分模型,选取实际记录地震动进行了增量动力分析,明确了一定地震动峰值加速度作用下无挡土墙和有挡土墙路堤震害损伤参数的取值规律;采用概率性地震需求分析方法研究了路堤发生各等级震害的概率,绘制了路堤震害易损性曲线,并将无挡土墙和有挡土墙路堤的震害易损性评价结果进行对比。研究结果表明:地震动峰值加速度为1.2g时,无挡土墙和有挡土墙路堤发生毁坏的概率比地震动峰值加速度为1.0g时平均高16.854%和76.679%,比地震动峰值加速度为0.8g时平均高95.895%和88.008%,即无论有无挡土墙,地震动峰值加速度越大,路堤发生更严重等级震害的概率越大;超越概率为30%、50%和80%时,有挡土墙路堤发生毁坏时对应的地震动峰值加速度比无挡土墙路堤平均高17.93%、18.14%和18.34%,即在相同地震作用下,有挡土墙路堤的震害状况低于无挡土墙路堤,说明挡土墙对提高路堤抗震性能具有积极作用。     

基于可靠性的桥梁抗剪承载力临界寿命曲线

为建立基于可靠性的在役T形截面简支梁桥抗剪承载力临界寿命曲线,并提出相应的受剪承载力剩余寿命实用预测方法,以设计目标可靠指标降低0.5为受弯构件抗剪承载能力最低可靠指标。在引入抗力简单随机过程模型的基础上,通过计算不同评估基准期与最低可靠指标对应的构件抗力相对折减系数限值,建立了基于抗力折减系数限值的受弯构件抗剪承载能力临界寿命曲线和预测方法。最后,以某20 m简支T形梁桥为例进行抗剪承载力寿命预测,计算结果表明,本文提出的抗剪承载力寿命预测方法简单实用,与基于可靠度的在役桥梁承载能力剩余寿命预测方法是等效的,避免了寿命预测中复杂的可靠指标计算过程,可用于在役桥梁受弯构件抗剪承载力寿命预测。     

地震作用下钢筋混凝土桥墩塑性铰区抗剪强度试验

针对地震作用下钢筋混凝土桥墩塑性铰区剪切破坏模式,研究了抗剪强度计算问题。进行了12根钢筋混凝土短柱桥墩拟静力试验,在试验基础上比较了各国主要桥梁抗震设计规范中的桥墩抗剪强度计算公式。辅以太平洋地震工程研究中心(PEER)钢筋混凝土柱拟静力试验数据库,对地震作用下塑性铰区混凝土抗剪强度影响因素进行了统计分析,最后参考相关规范及研究成果提出了桥墩塑性铰区抗剪强度计算公式。结果表明:满足中国现行桥梁抗震设计规范最低配箍要求的钢筋混凝土短柱桥墩仍有很大可能发生塑性铰区的剪切破坏,宜引起足够重视。     

地震作用下钢管混凝土组合桁梁-格构墩轻型桥梁行车安全性分析

为研究地震作用下钢管混凝土组合桁梁-格构墩轻型桥梁的行车安全性,以干海子特大桥为研究对象,建立考虑地震作用的车桥耦合振动方程,并将计算方法添加到基于梁单元的双重非线性有限元程序NL_Beam3D中,实现地震作用下车桥系统相互作用的耦合计算。考虑车辆倾覆指标和桥梁横向变形的影响,进行行车安全性分析。结果表明:有限元计算得到的基频和不同车速下最大动挠度与实桥荷载试验得到的结果接近;与已有振动台试验结果相比,位移时程曲线形状吻合,位移幅值满足相似比关系,验证了计算模型和方法的有效性。柔性高墩轻型桥梁对地震波有滤波效应,地震波传至桥梁时强度明显减弱;最不利的重型货车的倾覆指标阈值大于E1多遇地震时的桥面最大横向加速度,即不存在车辆侧倾现象;墩顶位移满足设计要求,干海子特大桥行车安全性能良好。部分墩顶横向位移在地面峰值加速度达到1. 6倍E1多遇地震动时,将超过《公路钢管混凝土桥梁设计与施工指南》给出的限值。桥面最大加速度在地面峰值加速度为2倍E1多遇地震动时,倾覆指标阈值小于桥面最大横向加速度,重型货车存在倾覆可能;对应的桥墩墩顶最大横向位移与墩高比例系数达1/198,大于指南限值1/300,说明该指南对桥墩墩顶位移限值规定相对比较保守。     

HRB500钢筋混凝土桥墩承载能力及延性性能研究

为研究剪跨比、钢筋强度及箍筋间距对混凝土桥墩承载能力及延性性能的影响,设计了4个混凝土实心墩试件(3个试件配置了HRB500钢筋、1个试件配置了HRB335钢筋),采用拟静力加载方案进行恒定轴压力作用下的低周往复加载试验,分析试件破坏特征、承载能力、延性性能、滞回曲线及耗能能力。研究表明:剪跨比较大的试件呈弯曲破坏形态,剪跨比较小的试件呈弯剪破坏形态;对于剪跨比较大的桥墩,配置HRB500钢筋的试件比配置HRB335钢筋的试件具有更高的承载能力和延性性能,配置HRB500的钢筋能够改善试件的滞回性能;增加箍筋间距能够提高配置HRB500钢筋试件的承载能力和延性性能。     

不同墩高对钢筋混凝土桥梁抗震性能影响

采用MIDAS/Civil软件建立了云南湃街渡大桥的桥梁结构力学模型。对模型的自振特性和动力时程分析进行了研究,分析了不同墩高下桥梁结构振型特征和弹性时程分析,获得了刚构桥下不同桥墩高度的抗震性作用。研究结果表明:墩高越高,则桥梁刚度下降,整体结构越柔软。在前十阶振型中,3个模型均以横弯为主,桥墩较高时易形成平面外弯曲变形;桥墩较低时更多的是表现出横弯和竖弯墩高的整体性改变,且Y方向最易出现失稳;顺桥向和竖向激励下,主梁弯矩随墩高的变化影响较小,而横向激励对主梁弯矩造成很大影响,墩高相同时,由于桥梁横向刚度小于纵向和竖向,因而受横向地震响应较大,是重点考虑区,而竖向地震激励作用更易增加结构的竖向位移和主梁的内力作用;桥梁地震内力最大值通常出现在墩底处,主梁内力最大值出现在中跨跨中或主梁根部。     

基于改进条件边缘乘积法的桥梁系统地震易损性分析方法

桥梁结构是由多种不同类型的构件按照一定的逻辑关系构成的结构系统。既有桥梁易损性分析中,通常基于构件的易损性曲线来评价整个桥梁系统的抗震性能。实际运营中的桥梁,在地震作用下,不同构件间相互影响,发生组合破坏将会增加桥梁系统整体失效概率。因此,将桥梁结构作为整体进行易损性分析能够更好地评估实际工程的抗震性能,弥补了既有分析方法的不足。以一座三跨预应力混凝土连续T梁桥为易损性分析对象,结合桥墩和支座两类构件的地震破坏,分别采用界限估计法、改进的条件边缘乘积法建立了算例桥梁系统易损性曲线。结果表明:界限估计法易受各失效模式排列顺序和相关性的影响,稳定性较差;改进的条件边缘乘积法,作为结构系统失效概率的一种近似求解法,解决了在多个失效模式并存下,结构系统可靠度问题中多维标准正态累计分布函数近似求解问题。后者计算精度较高,易于实现,适用于失效模式较多的复杂桥梁系统,具有一定的工程使用价值,为桥梁系统地震易损分析提供了借鉴参考。     

基于易损性的桥梁地震经济损失评估

评估地震经济损失是地震风险分析的重要组成部分,也是地震易损性分析结果的重要延展内容。为了评价桥梁结构地震经济损失,基于地震易损性曲线提出了结构地震损失率曲线的计算和绘制方法。以某典型高速铁路连续梁桥为例,采用IDA方法(增量动力分析法),选取20条天然地震波进行动力时程分析,绘制易损性曲线。由易损性曲线得出某一地震动强度下各种破坏的概率,进而绘制地震损失率曲线。     

曲线桥梁抗震性能研究

为研究曲线梁桥地震作用特性,以一座8×20m预应力混凝土连续板梁桥为例,比较了平曲线半径分别为!、800m、400m、200m的曲线桥的地震反应。通过研究认为,在地震动特性不同的地震输入下,对于采用板式橡胶支座的曲线桥的地震响应的变化,以及地震作用下的作用力的分配均表现出相类似的规律。随着曲率半径的逐渐减小,曲线桥较强的弯扭耦合作用逐渐突显,在竖向地震作用下梁体弯曲产生的ω(z)将会导致梁体的扭转角φ(z),从而导致框架式桥墩墩底轴力的变化。随着曲率半径的减小,空间耦合作用逐渐增强,设计时需引起重视。     

钢筋混凝土柱低周疲劳损伤后的静力性能试验

针对当前公路混凝土桥梁中普遍采用的柱式桥墩的典型情况和地震作用形式,设计了试验模型和试验方法。首先进行了低周疲劳试验,低周循环分为4个阶段,分别为弹性开裂阶段、屈服阶段和2类屈服后阶段。然后在循环完成后分别进行静力推倒和轴心受压破坏试验,研究了柱式桥墩模型在反复荷载作用下的损伤发展以及循环完成后的承载能力和变形能力,并分析了剪跨比、轴压比和纵筋配筋率等对钢筋混凝土柱损伤发展的影响。结果表明:水平低周疲劳效应对钢筋混凝土柱水平承载力的降低影响较大,对轴压承载力影响较小。研究结论可为震后桥梁性能评估、加固提供理论支持。     

大跨连续梁桥竖向抗震性能研究

随着监测手段的不断进步,地震动的记录越来越完善,很多地震动的竖向分量被检测到并引起了专家学者的重视,尤其是高烈度区和震中区,地震动竖向分量甚至比水平分量还要显著。文章在综合分析国内外对多向地震以及多维隔震技术研究现状的基础上,研究了一种新型三维隔震装置（高阻尼橡胶碟簧三维隔震装置）在大跨度桥梁竖向抗震设计中的应用。结果表明：仅在桥墩安装三维隔震装置是最有效、经济的安装位置;竖向地震动分量对主梁纵向加速度有着放大作用,考虑竖向地震作用时,跨中竖向加速度不容忽视;三维减隔震装置较水平隔震支座有着更好的减隔震效果。