基于地震引起动水作用的深海斜拉桥抗震性能研究

目前,深海大跨斜拉桥正在不断建设,其跨度的变化以及所处的深水环境使得在地震作用下桥梁受力更加复杂,地震作用下不但要考虑桩-土的相互作用,还要考虑地震引起的动水压力对结构的影响。为了分析地震引起的动水作用对斜拉桥动力特性和地震响应的影响程度,以及不同水深下动水力对深海斜拉桥地震响应的变化规律,基于一座现代大跨深水斜拉桥为工程背景,利用有限元软件建立三维模型,采用"m"法来考虑桩-土相互作用,用基于Morison方程的附加质量法来考虑地震引起的动水压力,结果表明动水对结构地震特性有较大影响,因此在斜拉桥抗震设计时动水作用不可忽略。     

考虑动水压力作用隔震桥梁的地震响应分析

为了探讨高烈度山区不规则隔震桥梁在动水压力作用下的地震响应,以MORISION方程及其扩展方程为原理计算动水压力,选用铅芯隔震橡胶支座作为隔震支座,利用有限元软件ANSYS对全桥建立简化的力学数值计算模型,并采用非线性时程法进行抗震分析,主要研究了桥墩及铅芯隔震橡胶支座在不同水位处的地震响应。研究结果表明:动水压力作用会使桥墩的地震响应增大,同时也会增大隔震橡胶支座的水平剪力及位移,而隔震橡胶支座利用其耗能的特点则能有效地减小动水压力对桥墩产生的地震响应。因此,对于考虑动水压力作用的不规则深水桥梁,应选取抗剪能力更强、变形能力更大的隔震橡胶支座,以保证良好的隔震效果,提高桥梁结构在地震作用下的整体安全性。     

青藏铁路3种基础型式的桥墩地震反应分析

从随机振动角度出发,将随机振动理论、黏弹性边界条件的二维波动法和结构动力分析有限元法结合起来,采用结构随机地震响应分析的脉冲函数法,考虑场地地震动为零均值的高斯平稳随机过程,对青藏铁路多年冻土区3种基础型式(浅平基础、挖井基础和桩基础)的桥墩在多种冻土分布情况下的随机地震反应进行计算分析,得到9度地震作用下桥墩随机地震响应最大值的均值和均方差,通过比较各种情况下桥墩随机地震极值响应,分析基础型式和冻土层对桥墩随机地震响应的影响.研究结果表明,基础型式和冻土层对冻土区桥墩地震响应有着比较明显的影响,冻土层对降低桥墩地震反应有着积极的作用.     

轨道交通简支梁钢筋混凝土圆墩地震反应分析

结合郑州市第一条城市轨道交通高架桥的工程实例,通过建立有限元计算模型,对简支梁不同墩高的钢筋混凝土圆形桥墩进行结构动力特性分析、E1地震作用下的多振型反应谱分析以及E2地震作用下基于纤维模型的弹塑性非线性时程地震反应分析,研究不同墩高桥墩的抗震性能和地震响应变化规律。结果表明,桥墩在地震作用下满足抗震设计要求,希望为城市轨道交通桥梁钢筋混凝土圆形桥墩抗震设计提供参考。     

地震动脉冲参数对近断层区深水桥墩动力响应的影响分析

本文采用基于流固耦合理论的势流体计算方法,以某典型铁路深水桥梁为研究对象建立墩-水作用模型,引入人工合成近断层等效速度脉冲方法,量化分析并提炼脉冲参数对深水桥墩动水压力及结构地震响应的影响规律。研究表明:脉冲效应有可能使结构动力响应成倍增大,脉冲峰值Vp、脉冲周期Tp和脉冲类型等3类脉冲参数对深水桥墩动力响应均存在明显影响。随着脉冲峰值Vp的增大,不同水深下桥墩结构的动力响应均增大;当脉冲周期Tp接近桥墩结构自振周期时,其动力响应被明显放大;对于本文算例,C类脉冲的影响最明显,B类次之,A类最小。结合反应谱分析可知,不同脉冲参数的影响方式和幅度有所差别,一定程度上可以根据脉冲波反应谱的频谱强度及周期分布特征解释。进行近断层区深水桥梁抗震设计时,应对比检验不同类型脉冲参数的潜在影响,确保桥梁地震安全。     

罕遇地震作用下高速铁路减隔震简支梁桥合理计算模型的探讨

以往在分析减隔震桥梁的地震响应时,由于考虑到桥墩和基础应保持弹性工作状态,在基于强度的设计中偏于安全考虑桥墩一般采用毛截面刚度建立弹性梁单元模型。实际上,在罕遇地震作用下,桥墩墩底截面虽然未达到屈服状态,仍然会出现保护层混凝土开裂,并导致桥墩刚度降低。此时,应考虑对桥墩刚度进行适当修正以估计桥梁的各项地震响应参数,这也有利于实现减隔震桥梁基于位移的抗震设计。结合西部高速铁路中典型的简支梁桥结构形式,分别采用弹塑性纤维梁柱单元、弹性梁柱单元、考虑刚度修正的弹性梁柱单元模拟桥墩建立3种计算模型,探讨适用于罕遇地震作用下的高速铁路减隔震桥梁的合理计算模型。结果表明,当罕遇地震作用下桥墩位移延性超过0.5时,考虑刚度修正的弹性梁柱单元模拟桥墩的计算模型能够较好地估计桥梁各项地震响应参数。     

隔震曲线桥地震响应影响因素分析

研究目的:由于近断层区域曲线桥的震害严重,为提高其抗震性能开始逐步采用隔震技术,因而有必要对近断层地震动作用下隔震曲线桥的地震响应进行影响因素分析,进一步优化近断层区域隔震曲线桥的设计。本文对采用摩擦摆支座的隔震曲线桥进行近断层地震动作用下的地震反应分析,研究曲率半径、桥墩高度和地震动输入方向对隔震曲线桥地震响应的影响。研究结论:(1)圆心角大于30°时,曲率半径对隔震曲线桥的支座和边墩的受力性能影响较大;圆心角小于30°时,隔震曲线桥可按照直线桥进行设计;(2)由于采用隔震技术,桥墩高度对下部结构桥墩的受力性能影响较大,而对隔震支座和上部梁体的影响较小;(3)对隔震曲线桥中的桥墩进行设计时应考虑最不利的地震动输入方向,可沿桥墩平面的法向输入地震动对桥墩进行地震响应分析;(4)本研究成果可为近断层区域隔震曲线桥的设计提供参考。     

铁路桥墩横向抗震加固方法的理论探讨

本文针对铁路桥墩横向抗震条件相对较差的情况,提出了两种抗震加固方法一墩顶隔震加固法和相邻桥墩组合振动控制加固法。建立了相应的计算模型,推导了其振动及控制方程,并进行了理论上的分析研究。研究结果表明:这两种方法都能有效地减小地震响应。     

罕遇地震下U形梁高架车站延性抗震设计

基于滨海新区轨道交通Z4线某U形轨道梁高架车站,建立弹塑性分析有限元模型,根据安评报告给出的地震时程曲线,分别对轨道梁下联接墩、无站厅层墩和有站厅层墩进行罕遇地震下桥墩地震响应分析及延性抗震设计。结果表明,地震激励下,各墩均进入弹塑性工作阶段,计算结果满足相关规范要求。研究得出的高架站桥墩弹塑性分析方法和延性抗震设计结果可为城市轨道交通U形轨道梁下桥墩延性抗震设计提供借鉴。     

有砟轨道对典型单线铁路简支梁桥 地震响应的影响

针对8 m和25 m 2种墩高、普通支座和摩擦摆支座2种支座的4种不同的典型单线铁路简支梁桥,研究有砟轨道对其地震响应的影响程度。采用OpenSEES程序,分别建立考虑有砟轨道和不考虑有砟轨道的2种桥梁有限元模型。通过两者动力特性的对比分析,确定有砟轨道对桥梁周期和振型的影响趋势;通过两者在不同方向、不同烈度的地震动作用下主要构件(主梁、支座、桥墩)地震响应的对比分析,确定有砟轨道对桥梁地震响应的影响程度。研究结果表明:针对动力特性相同的相邻简支梁桥,有砟轨道对横桥向地震响应影响甚微,对纵桥向的相应影响与墩高、支座和地震动强度等因素有关,但影响程度总体上不大于10%,仅部分支座地震反应明显减小。因此,在进行典型单线铁路简支梁桥地震响应分析时,可以不考虑有砟轨道刚度的影响,简化计算过程,并得到偏于保守的抗震设计结果。     

非规则铁路连续梁桥抗震体系优化

从非规则铁路连续梁桥各桥墩协同抗震的角度,引入墩底摇摆隔震及支座减隔震,以1座(60+100+60)m连续梁桥为例,建立全桥动力分析模型进行地震反应分析,研究具有中等高度(20~30m)实心桥墩的非规则铁路连续梁桥采用摇摆隔震的适用性,以及全桥采用支座减隔震时的桥墩优化配筋准则。结果表明:采用摇摆隔震时,摇摆墩墩底恒载轴力大,提离位移敏感性高,地震作用下墩顶位移可控制在较小的范围且提离后墩底弯矩变化稳定,易随其余各墩协同抗震,经抗震性能验算确定摇摆墩配筋率为0.6%;采用支座减隔震时,桥墩本身地震反应贡献率最高可达71%,桥墩惯性力主控墩底内力,以地震作用下各墩同步保持弹性为原则,优化后各墩配筋率依次为0.7%,0.3%,0.5%和0.7%。以上2种优化均可使非规则铁路连续梁桥达到"大震不坏"的设防水平。     

支座摩阻效应对大跨长联连续梁桥地震反应的影响分析

为了解支座摩阻效应对长联大跨连续梁桥地震反应的影响,并得出可应用于工程的相应简化计算方法,以处于高烈度区的某铁路大跨长联连续梁为工程背景,按照不计与计入活动支座摩阻效应两种工况,利用Midas/Civil软件建立结构的三维空间杆件模型,并选用软件中的两种双线性理想弹塑性单元模拟支座的摩阻,采用非线性时程分析方法,对结构进行多遇地震下的地震反应分析。分析结果表明,对于这种设置1个固定墩的大跨长联连续梁结构,是否计入活动墩的支座摩阻效应对固定墩的设计影响很大,设计中需要考虑活动墩的支座摩阻。对于此类结构采用反应谱法进行多遇地震下的抗震计算时,活动墩顶的水平地震力可以直接用支座承受的竖向力乘以给定的支座摩阻系数,固定墩顶的水平力用反应谱计算值减掉活动墩水平摩擦力之和的0.8倍,可以满足工程设计精度要求。     

基于环境振动的既有预应力连续刚构桥地震响应分析

建立了基于环境振动的既有预应力混凝土连续刚构桥的地震响应分析方法。该方法主要包括现场环境振动实验与系统参数识别、桥梁有限元建模、基于动力的有限元模型参数修正、桥梁地震波选择以及桥梁动力时程反应分析等步骤。利用该方法进行了泉州后渚大桥———五跨预应力混凝土连续刚构桥的动力时程反应分析,结果表明:必须考虑竖向地震动和行波效应的影响,最不利截面位于墩梁结合面和墩底。此类分析对于桥梁养护与维修、长期健康监测具有重要的意义。     

纵向地震下高速铁路桥梁圆端型实体墩塑性铰长度研究

以纵向地震下高速铁路桥梁圆端型实体墩为工程背景,将桥墩置于全桥体系中,利用弯矩曲率关系程序和有限元软件对桥梁进行弹塑性分析计算,得出不同墩高、不同车速以及不同地震作用组合工况下的高速铁路桥墩塑性铰长度,并与既有试验结果以及各国桥梁抗震设计规范塑性铰长度计算公式相对比。计算结果表明：在设计纵向配筋率、体积含箍率、剪跨比、轴压比下的塑性铰长度经过修正可以满足要求,提出了适合铁路桥梁圆端型墩的塑性铰长度建议计算公式,为高铁桥梁设计提供参考。     

跨海大桥小尺度下部结构非线性波浪荷载分析

为研究跨海大桥桩基、桥墩等小尺度下部结构波浪荷载的非线性特性,以平潭海峡大桥N01号桥墩为例,采用不可压缩流体的N-S方程以及VOF自由液面追踪法,通过FLUENT实现非线性波的二维数值模拟,进而分析非线性波浪速度场和波面变化的特点,并通过Morison方程对比桥墩和单桩在线性波和非线性波下波浪荷载的差异,同时,为进一步研究浅水区非线性波浪特点,对不同直径下桥墩非线性波浪荷载的影响进行研究。研究表明:对于深水区的单桩,非线性波的非线性作用不明显;对于浅水区的桥墩,非线性波与线性波波浪力差异有14%,非线性作用较为显著;随着直径的增加,桥墩发生非线性波浪力峰值滞后现象;在跨海大桥设计中,波浪荷载的非线性应予以重视。     

季节性冻土区和多年冻土区桥梁结构地震反应分析

冻土层的存在，对桥梁结构抗震安全性的影响是一个值得重视的问题。本文利用黏-弹性边界模拟波向无穷远辐射的结构-地基土一体化计算方法，对季节性冻土区和多年冻土区桥梁结构在不同地震波作用下的反应进行计算，分析冻土层的变化对桥梁结构地震反应的影响，总结在地震荷载作用下，不同场地、不同的冻土厚度、不同高度的桥墩和不同基础条件下桥墩应力分布的一般规律。分析结果表明：在Ⅱ类场地上，冻土层对桥墩地震反应的影响十分显著，不同类型冻土场地上桥墩的最大反应差值可达1倍以上；墩高在10～22m时，冻土层对桥墩地震反应的影响最为显著；不同类型的桥墩基础，对冬夏两季桥墩的地震反应的影响不大；在一般情况下，桥墩的地震反应与冻土性质、桥墩的动力特性以及地震波的性质均密切相关，按融土状态进行设计往往是不安全的，需要考虑桥墩与冻土层相互作用的影响。     

轻骨料混凝土桥梁地震易损性分析

为提高强震区桥梁的抗震性能,采用轻骨料混凝土替代普通混凝土以降低结构自重、提高墩柱变形能力,从而降低地震响应。以一座强震区典型中小跨径连续梁桥为研究对象,基于OpenSees建立轻骨料混凝土桥梁有限元分析模型,进行非线性时程分析,生成地震易损性曲线来评估桥梁的抗震性能。研究结果表明:与普通混凝土桥梁相比,仅上部结构或下部结构采用轻骨料混凝土对降低桥梁整体的损伤概率并不明显,而全桥均采用轻骨料混凝土的桥梁能够显著降低桥墩、桩基和支座的损伤概率以及桥梁整体的损伤概率。建议在强震区进行桥梁建设时,全桥均采用轻骨料混凝土来替代普通混凝土以提高桥梁抗震性能。     

高烈度震区独塔斜拉桥减震优化设计

高烈度震区独塔斜拉桥在纵、横向地震作用下均需满足相应的抗震性能要求,以唐山市二环路上跨津山铁路独塔斜拉桥为例,该桥综合采用主塔处设置纵向粘滞阻尼器,辅助墩和边墩设置横向粘滞阻尼器的结构体系,分别抵御纵、横向地震。设计对阻尼系数和阻尼指数等进行了详细的参数分析;对合理横向抗震体系进行研究。研究表明:阻尼系数和阻尼指数应进行参数分析,并综合考虑梁端梁-墩相对位移、桥塔受力等合理选择。横向阻尼约束体系相对漂浮体系和固定体系更优。本桥减震设计体系合理,取得了很好的减震效果。