跨断层桥梁抗震综述

在交通强国战略深入推进的时代背景下,中国公路、铁路网的发展使得跨越断层修建桥梁不可避免,川藏铁路的规划、设计和修建更让这个问题日益突出. 同时,公路和铁路抗震规范采用避让断层造桥的规定与无法避让造桥的实际情况之间的矛盾也日渐凸显. 在地震作用下跨越活动断层的桥梁比非跨越断层桥梁具有更复杂的受力特点、破坏形式和破坏机理,我国对跨断层桥梁的研究尚处于起步阶段,可供参考的相关文献资料、工程实例以及抗震设计规范缺乏. 为了确保跨断层桥梁的安全性,基于国内外对跨断层桥梁的研究现状,归纳总结了活动断层特征、断层处地震动、跨断层桥梁的破坏特征、跨断层桥梁分析方法以及跨断层桥梁概念设计措施. 梳理了当前跨越断层桥梁抗震存在的问题,并对未来跨断层桥梁的研究进行了展望,指出断层地震空间性、跨断层桥梁破坏机理、多灾害对跨断层桥梁的影响、跨断层桥梁快速抢修技术和人工智能技术在跨断层桥梁抗震中的应用将是未来发展方向,为未来跨断层桥梁抗震设计、性能评估和规范拟订提供参考.      

大跨度斜拉桥多维多点随机地震激励响应分析

为研究大跨度斜拉桥地震激励下的平稳随机响应规律,以某大跨度斜拉桥为例,用ANSYS软件建立了三维有限元分析模型.考虑地震动的多维性、行波效应、部分相干效应及局部场地效应对主梁及主塔位移和内力随机响应的影响,用该模型分析了大跨度斜拉桥在多维多点地震激励下的响应.研究结果表明:相对于一致激励,大跨度斜拉桥在多维多点激励下的结构响应显著增大,主梁的纵向位移增大了约2.3倍,①号塔顶的纵向位移和塔底横向弯矩分别增大了约2.2和2.3倍;仅考虑一致地震激励不能保证大跨度斜拉桥的结构安全;考虑行波效应时斜拉桥的地震响应减小,相干效应较小可忽略,软场地条件下结构的地震响应更大.      

断层永久位移预测及断层悬索桥地震响应研究

断层错动诱导的地表破裂永久位移对跨断层桥梁结构会造成严重破坏,准确预测断层错位的永久位移对跨断层桥梁结构抗震性能评估具有重要意义。首先结合反向传播神经网络(BPNN)提出具有较高精度的断层错位量预测模型,然后通过低频成分叠加高频成分方法人工合成断层面两侧地震动(简称跨断层地震动),最后以某主跨为538 m的跨断层大跨钢桁架悬索桥为研究对象,利用有限元软件ABAQUS建立考虑桩-土相互作用(m法)的全桥计算模型,探究断层位置和跨越角度对悬索桥地震响应的影响。结果表明：基于BPNN提出的方法能精确预测断层位错永久位移,对比已有的回归公式具有更高的精度,为人工合成跨断层地震动的准确性提供了保障;断层相对位置会显著影响桥梁结构的地震响应,与近断层地震动作用相比,在跨断层地震动作用下,悬索桥的塔底剪力、弯矩、相对位移以及扭矩响应增加了22.79%、154.1%、139.36%和265.48%;断层跨越角度对悬索桥动力响应影响明显,其响应均以跨越角度θ=90°呈规律对称分布,塔顶纵向位移、塔底纵向弯矩、塔底纵向剪力以及塔底扭矩最大值均出现在θ=90°,分别为0.81 m、282.45 MN·m、3...     

温度及时效对隔震简支梁桥地震响应的影响

为了研究温度及时效对隔震简支梁桥的地震响应影响,主要介绍美国"AASHTO指导性隔震设计指南"提出的支座特性修正系数和调整系数,并结合国内隔震橡胶支座采用有限元软件ANSYS建立全桥模型进行力学数值仿真计算,根据桥墩高度不同共设置6种计算工况,地震动分析方法采用非线性时程法,从PEER地震动数据库中选取具有代表性的7条地震波进行抗震计算,并取计算结果平均值作为分析指标,分析结果表明:温度及时效作用会降低桥梁结构的基本周期,并会使隔震橡胶支座的剪力变大而位移变小;当桥梁结构基频较大时,温度及时效作用使墩顶位移、墩底弯矩及剪力值大幅增加;当桥梁结构基频较小时,可忽略温度及时效对墩顶位移产生的影响;同时,温度及时效在矮墩处对墩顶位移、墩底弯矩及剪力值的增大作用较明显,因此,建议对低温地区简支梁桥进行隔震设计时应采用隔震效果较好的支座,尽可能延长结构周期,同时在布置桥梁结构形式时应尽量避免出现矮墩,以减小温度及时效对桥梁结构产生的地震响应。     

预应力锚固技术在三峡永久船闸高边坡工程中的应用

通过对三峡永固船闸高边坡工程边坡锚索的设计、结构以及施工等进行了分析和研究,提出了采用3 000 kN级预应力锚索对三峡永久船闸高边坡进行加固处理,并对其耐久性等进行了研究。     

碰撞对山区高墩桥弹塑性动力响应的影响

为了研究碰撞对山区高墩桥动力响应的影响,以某一大跨度高墩桥体系为原型,充分考虑了碰撞过程中的刚度变化、能量耗散以及桥墩的非线性行为,基于OpenSess平台建立了两种典型桥跨结构的弹塑性动力分析模型.在此基础上,利用所选的天然地震波和人工地震波对比分析了碰撞效应对山区高墩桥弹塑性动力响应的影响.研究结果表明：碰撞会对高墩桥结构的动力响应产生较为明显的影响,特别是场地条件较差时,其最大改变率为15.86%,桥墩与主梁的连接方式会进一步改变碰撞对桥墩变形的影响程度;相邻结构动力特性差异越大,高墩桥体系发生碰撞的概率就越大,但碰撞次数的增加可能会对桥墩变形起到限制作用,降低桥墩的响应,在确定山区高墩桥体系相邻结构周期比时,既要考虑相邻结构动力特性差异对碰撞概率的影响,还应考虑其对碰撞效应的影响;高墩桥的梁-桥台碰撞主要受地震动作用大小的影响,地震动的强度和相邻结构动力特性的差异均会对梁-梁碰撞产生影响,在对高墩桥进行减撞防撞设计时,应针对不同的碰撞位置采取不同的措施.     

非平稳地震作用下高墩桥梁体间隙需求分析

为了研究非平稳地震作用下高墩桥梁体防撞间隙需求,基于随机振动理论及虚拟激励法,对不同烈度下场地条件对非平稳间隙需求的影响进行了分析. 首先,建立了非平稳地震作用下相邻梁体相对位移需求与烈度间的数学关系;其次,基于理论计算的梁体间最大相对位移,确定碰撞间隙宽度需求以达到防止梁体间发生碰撞的目的;最后,以某大跨度连续刚构-连续梁体系为实际工程算例,研究了非平稳地震作用下桥梁结构在一致场地和非一致场地（实际场地）条件下的碰撞间隙需求量,且获得了不同烈度下非平稳碰撞间隙需求谱. 研究结果表明:非平稳地震作用下,硬土场地条件时,相对位移时变均方差的峰值最小,实际场地条件最大,约为硬土场地的4倍;实际场地条件的各烈度下非平稳碰撞间隙宽度需求均值比软土场地、中土场地和硬土场地分别大36%、69%和73%,均方差分别大45%、74%和78%;平稳地震激励比非平稳地震激励时碰撞间隙需求量大20%～30%.      

采用铅芯隔震橡胶支座的连续梁桥地震能量反应分析

基于多自由度桥梁体系地震能量反应方程,以一座铅芯橡胶支座隔震连续梁桥为例,选取5条具有代表性的地震波利用有限元的方法对全桥进行非线性动力时程分析,研究地震动峰值加速度、支座铅芯屈服力和屈服后刚度对桥梁结构地震能量反应的影响。分析结果表明:地震动峰值加速度对桥梁结构地震能量反应的影响较大,但对支座耗能比及阻尼耗能比的影响较小;支座铅芯屈服力及屈服后刚度对桥梁结构地震能量反应的影响较大,铅芯屈服力及屈服后刚度越大,支座耗能比越小,阻尼耗能比越大,反之亦然。增大支座铅芯屈服力及屈服后刚度不利于支座的滞回耗能,因此,在保证强度及位移要求的前提下应尽量采用铅芯屈服力及屈服后刚度较低的铅芯隔震橡胶支座。     

山区高墩桥梁的多点激励随机响应

为了研究山区高墩桥梁在地震动作用下的特殊抗震性能,基于随机振动理论,研究了场地效应、相干效应及行波效应对高墩桥梁在强地震多点激励下的随机响应规律,及墩高变化对高墩桥梁地震响应规律的影响.研究表明:场地效应对高墩桥梁地震响应影响明显,软场地墩的位移值约为硬场地的12倍,行波效应的影响次之,相干效应的影响最小.场地效应对桥梁的影响大小取决于场地卓越频率是否接近于桥梁自振频率;行波效应是不可忽略的一个重要因素,中场地时桥墩最小的位移值约为最大值的30％,软场地时最小值约为最大值的60％;与场地效应和行波效应相比,部分相干效应对桥墩顺桥向位移影响较小.对于山区高墩桥梁随机地震响应分析,考虑地震动空间效应的多点激励分析是必要的.应对有可能的桥型(不同墩高和墩高差)进行分析,以确定地震力最小的桥型并注意桥梁截面抗力的提升和附加减震措施.