山区高墩大跨径连续刚构桥减震技术研究

高烈度地震山区高墩大跨径连续刚构桥具有桥墩高度差异大、上部结构质量重、地震力大等特点,桥梁减震是设计重点。为了提高大跨径连续刚构桥的抗震性能,从上部结构轻型化、墩型优化、桥墩刚度匹配、阻尼器耗能等方面进行了减震技术研究。结果表明:1)主桥箱梁采用陶粒轻质混凝土或部分节段采用高强度活性粉末混凝土,可减轻上部结构重量,减小地震力; 2)主墩采用钢管混凝土格构式空心薄壁墩,可减轻下部结构重量,降低桥墩刚度,减小桥墩地震力; 3)优化高、低墩截面尺寸,调整桥墩刚度,可使各桥墩的承载力与所受地震力相匹配; 4)在梁端设置非线性粘滞阻尼器,可减小顺桥向地震力和位移。     

基于能力需求比法的矮墩大跨度PC连续梁桥延性和减隔震设计评价

针对墩身刚度差异明显的大跨度连续梁桥合理抗震体系选择的问题,以一座跨径布置为(90+150+90)m的矮墩变截面PC连续梁桥为工程背景进行分析.对比分析了在E2地震下采用延性抗震体系和利用摩擦摆支座的减隔震体系下桥梁关键构件的地震响应,然后运用能力需求比法对两种抗震设计下桥梁安全状态进行评价.结果 表明:采用延性抗震体系,制动墩承担较大地震力,桥墩虽保持弹性,但桩基和支座破坏,桥梁处于危险状态;利用摩擦摆减隔震支座进行减隔震设计,各墩地震水平力分担均匀且地震水平力有效减小,墩柱处于弹性状态,桩基和支座完好,桥梁处于安全状态.对于墩身高度矮,墩身刚度差异显著的大跨度PC连续梁桥,设置摩擦摆减隔震支座,可以改善结构抗震性能,满足桥梁在地震作用下的性能目标.     

既有桥梁整体抬高后高低墩抗震性能分析

目前,对既有桥梁整体抬高后进行抗震性能分析研究较少.通过Midas Civil有限元软件建立三维分析模型,选取既有桥梁抬高的实例进行高低墩抗震分析.结果表明:桥墩地震响应与基础抗推刚度有密切关系,基础抗推刚度越大,桥墩在地震力作用下的内力越大;反之,桥墩在地震作用下内力越小.通过减小相邻高低墩的刚度差异,可以合理地分配...     

桥墩刚度对桥梁地震响应的影响分析

通过midas有限元分析软件建立桥梁地震响应模型,系统研究桥墩直径、高度和配筋率等桥墩刚度控制因素对桥梁地震响应的影响.结果表明,增大桥墩直径可降低墩顶位移和提高桥墩承载能力,但同时会造成墩底内力增大.桥墩高度在某一临界值范围内时,墩顶顺桥向位移主要受桥墩自身刚度控制;超过这一临界值时,则变为主要受主梁和支座的约束作用...     

地震高烈度区中小跨径连续梁桥支座与桥墩组合选型研究

为了给地震高烈度区中小跨径连续梁桥的抗震设计提供设计参考,研究了桥墩与支座的不同组合形式对结构响应的影响。以某工程实例为背景,建立空间有限元分析模型,研究了桥墩与支座不同组合形式对结构自振特性的影响,在此基础上,利用弹性反应谱法、非线性时程法,对比分析了不同组合形式对结构地震响应的影响。研究结果表明,抗震设计时应控制桥墩设计刚度,矩形空心墩刚度较大,增大了支座和下部基础受力;综合考虑支座变形及抗滑性,高烈度区桥梁设计时不宜采用板式橡胶支座;采用盆式支座时,需考虑梁体与桥台的碰撞、落梁、高墩失稳等问题;采用墩顶固结时,主梁设计弯矩由地震作用下弯矩控制,增加了上部设计的复杂性;高烈度区中小跨径梁桥设计时,推荐采用圆柱墩配高阻尼橡胶支座的组合形式,该组合形式下结构抗震性能最佳。     

桩土相互作用对桥梁抗震的影响研究

以高烈度地震区连续梁桥为例,分析桩土相互作用对桥梁地震力的影响,从墩顶位移、墩底内力、动力特性等方面与底部嵌固法进行对比分析。结果表明,对于桩土相互作用,把土体模拟为弹簧,整体刚度减小,结构基本周期偏大,地震力减小,能更真实地模拟实际情况,对高烈度地震区桥梁抗震设计尤为重要。     

弯曲损伤混凝土桥墩抗震性能分析

在役桥梁的混凝土桥墩往往存在着一定程度的初始损伤.以有初始弯曲损伤的混凝土中高桥墩为研究对象,根据数值分析,研究不同初始弯曲损伤程度混凝土桥墩的抗震力学性能.分析结果显示,初始损伤会降低桥墩的自振周期,减小地震侧向力,增加桥墩墩顶位移和墩底的曲率.初始损伤对钢筋应变响应的增加较为显著,可以作为损伤桥墩抗震力学性能的控制指标.由于地震力减小而位移增加,初始损伤对耗能能力的影响不确定,在较小损伤的情况下增加耗能总量,而在0.3损伤的情况下耗能减小.     

墩高对高烈度区连续梁桥抗震体系的影响

为研究桥墩高度对高烈度区连续梁桥抗震体系的影响，确定不同抗震体系的墩高适用范围，以黄茅海西引桥60 m连续梁桥为工程背景，进行了不同墩高下的约束体系对比分析，并在中间墩墩梁固结体系的基础上进一步分析了过渡墩约束体系对地震响应的影响。结果表明，当墩高较低时，减隔震体系地震响应明显小于墩梁固结体系，减隔震体系优势较大；随着墩高的增加，桥墩刚度减小，桥梁的自振周期增加，墩梁固结体系的地震响应逐渐减小，减隔震体系的优势减小。因此，建议墩高相对较矮时采用减隔震体系，墩高较高时采用墩梁固结体系。由于过渡墩设置减隔震支座可明显减小横向地震作用下结构内力，且不会大幅增加纵向地震响应，因此采用中间墩墩梁固结体系时，仍然可以考虑在过渡墩位置设置摩擦摆减隔震支座进行减隔震设计。     

自复位双柱式摇摆桥梁抗震设计方法及工程应用

为发展具有损伤可控特性和自复位能力的摇摆结构新型桥梁抗震体系,对自复位双柱式摇摆桥梁的抗震设计方法及其工程应用进行研究。在摇摆桥墩受力机理和旗帜形滞回分析模型基础上,提出其在消压、屈服和设计极限状态的计算方法,并给出限定残余位移侧移率小于1%的回复能力验算公式。考虑到摇摆桥墩的力学行为和变形特点,提出直接基于位移的摇摆桥梁结构抗震设计方法,给出设计原则及具体的设计步骤,并把该方法成功应用到黄徐路跨线桥梁抗震设计中。在此基础上,数值分析不同设计地震作用下摇摆桥梁结构的性能状态及其性能指标,并介绍了中国首座自复位摇摆桥梁工程——黄徐路摇摆桥梁工程实践,展示了实桥应用中的一些抗震构造细节。研究结果表明:提出的验算公式可为设计计算提供充分的理论依据;E1地震作用下耗能钢筋没有屈服且具有较高的安全储备;在E2地震作用下,随着桥梁发挥摇摆功能,摇摆桥墩刚度减小,地震力增幅变小,有效实现了结构减震功能,且震后桥墩残余位移较小,可忽略不计,实现了结构自复位功能,满足了既定的抗震设计目标。     

大跨高墩小半径刚构—连续组合梁桥地震响应分析

为研究大跨高墩小半径刚构-连续组合曲线梁桥的地震响应,以某(40+6×80+40)m的刚构-连续组合梁铁路特大桥为背景进行分析.采用ANSYS建立全桥有限元模型,计算桥梁动力特性,并采用反应谱法和时程分析法对桥梁在地震作用下的内力和位移进行分析.分析结果表明:增大桥墩刚度、采用墩梁固结方式能够提高刚构-连续组合曲线梁桥的整体性,有利于桥梁的抗震;从地震响应(位移、弯矩)综合考虑,对该类桥梁最不利的地震波激励角度为0°、90°(分别对应顺桥向、横桥向),增大横向刚度可减小桥梁结构的横向位移,增大墩底截面面积可减小桥梁结构在水平地震作用下的地震响应;总体上来说,在横桥向地震波激励下该类桥梁横向位移和面外弯矩最大,在顺桥向地震波激励下该类桥梁纵向位移和面内弯矩最大.     

新型铁路桥墩的抗震性能研究

针对铁路桥梁摇摆隔震桥墩整体侧向刚度较低的问题,提出在桥墩与承台分离处设置无粘结预应力筋,形成新型桥墩。以某单线铁路桥为例,针对其18号墩提出新型桥墩设计方案,考虑预应力钢筋及其初始预加力损失,基于OpenSees平台建立有限元模型进行地震反应分析,研究其抗震性能。结果表明:罕遇地震作用下,墩顶水平位移、竖向提离位移、墩底弯矩、摇摆反应及预加力损失明显大于设计地震作用下的相应值,但墩底弯矩的增幅小于墩顶水平位移的增幅;输入地震动强度及频谱特性对墩顶位移与墩底提离位移的影响较大,对墩底弯矩的影响相对较小;新型桥墩容易实现罕遇地震作用下不坏的抗震设防要求,具有较好的抗震性能。     

双柱式矮墩系梁对桥梁抗震性能的影响

针对西南地震区装配式T梁桥的双柱式矮墩系梁设计,建立空间动力分析有限元模型,采用非线性时程波分析方法,进行系梁设计位置和尺寸的对比分析研究。结果表明,设置桥墩系梁后,桥梁横桥向刚度增大,横桥向自振周期和位移均减小;当桥墩系梁设置在桥墩中部时,桥梁整体抗震性能最优;实际工程中,在满足正常使用功能时,系梁应该选取抗弯刚度较小的结构形式。     

铅芯橡胶支座与板式橡胶支座抗震计算对比

桥墩较矮,桥梁下部结构刚度较大时,采用铅芯橡胶支座能够明显延长结构自振周期,减小地震力,保证在强震作用下桥墩立柱处于弹性;桥墩较高,桥梁下部结构刚度不大时,采用板式橡胶支座也能满足抗震要求。设计工作中,应结合桥梁抗震设防要求,根据工程实际需要合理选用铅芯橡胶支座或板式橡胶支座。     

新型抗震缓冲装置的设计及其在简支梁桥中抗震性能的研究

针对国内外对桥梁缓冲装置的形式和抗震性能研究不足的情况,基于高弹性橡胶材料,设计了一款应用于桥梁的主梁与主梁、主梁与桥台之间的新型桥梁抗震缓冲装置,此装置造价低、拆卸方便且便于维护。通过同济大学加载实验室的液压伺服作动器进行加载,得到该装置的四折线滞回模型和力学模型。并以简支梁桥为例,通过建立有限元模型,分析在不同桥梁孔数、桥墩高度、桥梁跨径以及桥梁跨径比的情况下,对桥梁端位移、主梁轴力、墩顶剪力和碰撞力等关键受力参数进行抗震性能研究,结果表明:该装置可以通过自身变形吸收地震波带来的冲击力,减小地震作用引起桥梁的受力和变形,可明显提高桥梁的抗震性能,具有较高的推广价值。     

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。     

大跨径波形钢腹板连续刚构桥拉索支座抗震效应分析

本文基于波形钢腹板连续刚构桥工程实例,对交界墩处分别设置拉索减震支座和普通盆式抗震支座的波形钢腹板连续刚构桥在地震作用下的桥墩内力进行了有限元对比分析,并对不同支座水平刚度下交界墩和主墩的内力、刚度变化情况进行了对比分析。分析结果表明采用拉索支座能够调整连续刚构桥主墩和交界墩在地震作用下的响应内力分配。研究结果对高地震烈度区大跨径波形钢腹板连续刚构桥的设计具有一定的理论和指导意义。     

宁海新桥主桥抗震分析

以宁海新桥特大桥主桥为例,采用MidasCivil有限元软件,对其进行了反应谱分析和非线性时程分析。针对其下部结构刚度较大的特点,提出了纵横向限位装置联合抗震支座的抗震设计方案。计算结果表明,E1地震作用下,桥梁基本处于弹性工作状态,E2地震作用下抗震支座非滑动方向发生屈服,通过侧向滑移摩擦消能后,桥墩水平地震力大大减小,而限位装置承担余下的水平地震力,同时防止落梁。纵横向限位装置联合抗震支座的抗震设计,适合本桥,也适合下部结构刚度较大的混凝土梁桥。     

高墩连续刚构桥不同影响因素的地震响应分析

以某连续刚构桥为背景,建立了考虑主梁-桥墩-桩基-土层的有限元模型,分析了地震荷载作用下桥墩高度、桥墩截面、双肢薄壁墩间距等影响因素对桥梁典型截面内力及变形的影响。结果表明:在桥墩高度为60~65 m范围内,中墩顺桥向剪力基本稳定,不再随桥墩高度的增加而递减;桥墩高度的增加增大了梁体脱落的风险,桥墩高度为100 m时梁体中跨跨中截面顺桥向与横桥向位移达到139.1,97.5 mm;从抗震角度分析,圆形截面桥墩对位移影响较大,空心矩形桥墩截面与实心矩形桥墩截面形式对墩顶内力的影响不大,故空心墩较节约材料;对于文中连续刚构桥,合理的双肢薄壁墩间距能有效降低墩顶受力与梁体位移,能有效提高地震作用下的安全系数。     

设置延性系梁的桥梁双柱墩抗震能力研究

为研究设置延性系梁对减少桥梁双柱墩横桥向地震损伤的效果,基于OpenSees数值分析平台,建立了无系梁和设置延性系梁的双柱墩抗震数值分析模型,通过拟静力和增量动力分析手段对2种双柱墩在地震作用下的反应进行研究,讨论了延性系梁设置对双柱墩地震反应的影响。结果表明:延性系梁提高了桥梁双柱墩横桥向的强度和刚度,地震作用下,系梁先于桥墩发生屈服,形成塑性铰并耗散地震能量,延缓了桥墩的损伤破坏过程,并减少了桥墩的曲率延性系数和墩顶的最大位移角。     

作为能力保护构件的桥梁群桩基础设计地震力简化计算方法

在桥梁延性抗震设计中,群桩基础往往作为能力保护构件进行设计。基于这一设计方法,计算群桩基础的设计地震力时,需要计算承台的地震惯性力。该文建立了承台-墩梁两质点模型,分析了承台惯性力随桥墩刚度的变化规律,提出了承台地震惯性力的简化计算公式,以及群桩基础的设计地震力简化计算公式。最后,以实际桥梁工程为背景建立有限元计算模型,通过弹塑性时程分析验证了简化计算公式的正确性和实用性。