寒区环境温度对板式橡胶支座连续梁桥地震易损性影响研究

针对现行规范对寒区桥梁减隔震设计中仅考虑橡胶支座力学特性受环境温度作用影响,而忽略桥墩混凝土材料特性受温度影响的不足,以高寒地区一座两联3×30 m混凝土连续梁桥为背景,开展不同环境温度下桥墩混凝土材料抗压性能试验,确定温度对其力学参数的影响,基于试验结果对不同环境温度下的桥墩混凝土力学参数进行修正,从而建立不同环境温度下的全桥精细化非线性有限元模型,并基于增量动力分析(IDA)法探究不同环境温度下该桥的地震易损性。结果表明:极端温度引起桥墩混凝土材料参数和支座刚度的改变,使得该桥自振频率随着温度的升高而降低;地震作用下,极端低温时桥墩墩顶位移较常温增大了26.8%,而极端高温时支座位移增大了19.4%;根据现行规范计算的极端低温时支座和桥梁系统的损伤概率偏小,极端高温时结构和构件的损伤概率偏大,在设计中应予以重视;极端低温下桥墩、支座及桥梁系统的损伤概率,较常温分别增大45.0%、35.2%和27.5%,对于高寒地区该类桥梁设计时需考虑低温对其抗震性能的影响。

形状记忆合金摩擦摆隔震连续梁桥性能提升分析

为提升摩擦摆支座隔震连续梁桥的抗震性能,提出了形状记忆合金摩擦摆(SMAFP)及隔震连续梁桥多目标参数优化方法.推导了SMAFP力学模型;基于OpenSees平台分别建立了摩擦摆支座与形状记忆合金索数值模型,并通过试验验证了数值模型的准确性,进一步建立了SMAFP的数值模型.基于此,选取某三跨隔震连续梁桥,采用所提出的优化方法开展SMAFP隔震连续梁桥隔震参数优化设计,并基于最优隔震参数进一步研究了优化方法的适用性与SMAFP隔震连续梁桥的抗震性能.结果表明:采用最优参数的隔震连续梁桥的支座残余位移显著减小,2组地震动作用下的减幅分别达47.1%和44.7%,主梁峰值位移减幅分别达7.8%和11.4%,墩底剪力与墩底弯矩最大增幅分别达8.8%和9.6%.

基于负刚度装置的超长联大跨连续梁桥地震反应控制研究

为完善超长联大跨连续梁桥的减、隔震技术,将负刚度装置引入到超长联大跨隔震连续梁桥中组成新型减、隔震系统,并与黏滞阻尼器-摩擦摆支座组合减震系统进行比较。基于CSiBridge软件建立全桥有限元模型,负刚度装置采用弹性多段线模拟,摩擦摆支座采用双线性恢复力模型,黏滞阻尼器采用Maxwell模型,输入3条地震波进行非线性时程分析,考查两种新型减、隔震系统下桥梁结构的地震反应,探究负刚度系统及黏滞阻尼器系统对超长联大跨连续梁桥地震反应的控制效果。研究结果表明:负刚度装置与黏滞阻尼器均可以有效地减小超长联大跨隔震连续梁桥的支座位移。负刚度装置对桥墩内力反应及梁体加速度反应的控制优于黏滞阻尼器。负刚度装置在超长联大跨连续梁桥地震反应控制中有较好的应用前景。

不同道路服务水平下连续梁桥动力响应研究

为了解不同道路服务水平与桥梁动力响应间的内在关系,以(50+100+50)m三跨连续梁桥为工程实例,采用交通流理论,引入平均车头间距与车流密度的相互关系,获取道路服务水平为一级至四级所对应的车辆间距分布规律,基于模态综合法和结构动力学原理,通过轮-桥之间的几何位移和力学耦合关系,组建多车车桥耦合时变动力分析模型,提出多车车桥耦合振动系统数值分析方法,研究不同车辆数量和不同道路服务水平下桥梁关键截面动力响应的变化规律。结果表明:随着车辆数量逐渐增加,桥梁关键截面处的挠度响应时程曲线呈先增大后减小的趋势变化,其中当桥面上的车辆数量为4辆时,桥梁关键截面的挠度响应幅值达到最大;当桥面上的车辆数量继续增加到8辆时,桥梁挠度响应幅值达到基本稳定。在此基础上,计算得出不同车辆间距变化,即随着道路服务水平由一级变化到四级时,桥梁关键截面挠度响应幅值呈增大趋势,其动力响应均大于单车作用下桥梁挠度响应幅值;而桥梁冲击系数则呈现先增大后减小的变化趋势,也均大于单车规范取值;在不同道路服务水平中均存在有利车队布置形式,使得桥梁振动响应影响较小。

主余震序列作用下基于时间维度的连续梁桥易损性分析

为研究连续梁桥在主余震序列作用下基于时间维度的易损性情况,以一座三跨连续梁桥为研究对象,基于OpenSees有限元软件进行非线性动力分析。选取符合区域场地类型的地震动,通过改进的大森定律和区域主余震统计关系,构建基于时间的主余震序列。以改进的Park-Ang损伤指数作为结构的损伤指标,运用直接回归概率线性拟合的方法建立主震后短期内各时间节点桥墩在不同损伤状态下的地震易损性曲线,研究区域时间范围内主余震序列对连续梁桥抗震性能的影响。结果表明:(1)余震会给桥梁结构带来明显的增量损伤;(2)各种损伤状态的超越概率随着PGA的增大和时间的推移而不断增大,且主震造成的损伤状态等级越高,其超越概率越低,余震作用时超越概率增大越明显。超越概率在震后第1日增幅最大,随着时间的推移逐渐减小,第10日趋于平稳,因此在分析地震给桥梁带来的损伤时,要充分考虑主余震序列的时间效应。

高烈度区长联PC连续梁桥减隔震措施分析

为了明确高烈度区长联预应力混凝土(prestressed concrete,PC)连续梁桥滑动摩擦摆式支座的减隔震性能,针对设防烈度为9度的某长联PC连续梁桥,利用CSiBridge软件建立大桥空间梁单元非线性分析模型,以普通球型钢支座地震响应为基准,对比分析铅芯橡胶支座与滑动摩擦摆式支座的减隔震性能,并对滑动摩擦摆式支座的摩擦系数和支座曲率进行参数分析。结果表明:在长联连续梁桥中,相比于铅芯橡胶支座,滑动摩擦摆式支座减隔震效果更好,固定墩内力与变形更小,全桥受力更加均匀合理;对于滑动摩擦摆式支座,摩擦系数越大,长联连续梁固定墩墩底弯矩与墩顶位移越大,摩擦系数变化20%,固定墩墩底弯矩最大值变化约1.67%,墩顶位移极值变化约1.45%;支座曲率半径对长联连续梁地震响应的减隔震性能影响较小,曲率半径增大1.5 m,固定墩墩底弯矩最大值增大约0.97%,固定墩墩顶位移增幅约为0.37%~1.39%。

考虑锈蚀钢筋黏结退化的多跨连续梁桥地震损伤分析

以四跨连续梁桥为工程背景,文中建立全桥地震响应数值模型,考虑黏结滑移效应对桥梁的影响。针对不同工况,即是否考虑墩底纵筋的黏结滑移效应,以及考虑墩底锈蚀钢筋的黏结滑移效应,评估桥墩的损伤状态。并研究考虑黏结滑移效应和考虑锈蚀钢筋混凝土黏结滑移效应对在役混凝土桥墩地震响应的影响,探讨对四跨多跨连续梁桥地震损伤的影响。结果显示,在考虑黏结滑移效应和钢筋锈蚀的情况下,桥梁的滞回耗能减弱,损伤程度减轻,但钢筋锈蚀会加剧墩柱的受损程度,导致抗震性能进一步下降。综合分析发现,在纵向地震中,黏结滑移效应对桥墩的影响较大,通过合理的配筋和箍筋布置可以实现纵横向差异化设计,以达到预期的抗震性能。

某单箱三室连续梁桥静载试验研究

为测试某单箱三室连续梁桥整体受力特点,检验桥跨结构的承载能力、结构变形是否满足在正常使用状态下的设计要求,通过Midas/Civil对该桥进行有限元分析,并进行了静载试验研究,测试在静载试验下,各控制截面的应变状态和整体挠度,试验结果表明,各控制截面应变与挠度值实测结果与理论结果基本一致,且与之对应的校验系数在规定范围内,该桥强度和刚度均满足设计要求,桥跨结构的承载能力、结构变形在正常使用状态下均符合设计要求;在加载试验前后,对测试截面附近进行了裂缝观测,没有发现新增裂缝,试验桥跨结构承载力满足设计荷载标准要求。

基于静力荷载试验的连续梁桥结构受力性能及养护建议研究

为探究高寒高海拔地区连续梁桥的结构受力性能,文章对静力荷载试验进行了方案设计,主要包括测试内容及断面、测试荷载以及荷载加载流程,分析了主梁关键截面应变和挠度在测试荷载和测试断面下的变化情况,并结合静力荷载试验结果,对高寒高海拔地区营运高速连续梁桥提出了有针对性的养护建议。研究表明,试验荷载作用下实测左右幅桥跨应变校验系数分别在0.33~0.69和0.40~0.77之间,左右幅实测桥跨最大弹性挠度为4.61mm,各荷载工况下卸载后测点相对残余应变在20%范围内。

大跨连续梁桥横隔板裂缝统计及成因分析

以某大跨径混凝土连续梁桥为工程背景,探究其跨中横隔板裂缝成因。对跨中横隔板中已产生的裂缝进行了检测并统计。应用ABAQUS建立了单跨实体模型对多种因素影响情况进行了分析,并基于现场实测数据及规范加载温度荷载,结合裂缝检测情况分析了跨中横隔板裂缝形成的主要影响因素。结果表明:跨中横隔板混凝土在浇注后自身水化收缩过程中会产生较多的裂缝,浇注后至混凝土龄期14 d时,跨中横隔板由人洞两侧开始出现裂缝,随着龄期增加裂缝数量增多并逐渐向人洞及顶板方向扩展,至龄期14 d时已基本形成裂缝与扩展;龄期28 d时,裂缝略有扩展,总体分布与龄期14 d基本相同;跨中横隔板在3种温度加载作用下开裂情况不同,顶板温升产生的裂缝主要由人洞延伸至顶板,整体温降产生的裂缝主要位于人洞与腹板之间,整体沿竖向扩展,整体温升产生的裂缝主要位于顶板以及人洞附近;车辆偏载作用下跨中横隔板产生的局部最大拉应力为2.18 MPa,不足以促使横隔板开裂,但在和其他因素共同作用下,会使横隔板在已产生微裂缝的情况下导致裂缝扩展,扩展方向与水平方向夹角大约为45°。有限元模拟裂缝扩展趋势与实际检测情况基本一致,研究成果可为类似工程设计和施工提供参考。

连续梁桥跳车冲击下车桥耦合振动响应分析

为研究车辆在不同工况下发生跳车对变截面连续梁桥动力响应的影响,文章选用1/4车辆模型,采用D’Alembert原理建立车辆振动平衡方程;基于Euler-Bernoulli梁理论将变截面连续梁划分成多个微段并进行受力分析,建立桥梁振动平衡方程,采用模态坐标法考虑振型的正交性对方程进行简化,与车辆振动方程联立得到车桥耦合振动方程,最终理论推导出跳车冲击过程中的车桥耦合振动平衡方程;利用MATLAB自编程序求解车桥耦合振动方程,得出车桥耦合动力响应。研究表明:当跳车高度不断增加时,桥梁动力响应持续加重,位移最大值逐渐增加;当不同桥跨跨中发生跳车时,跳车跨位移响应最大,距离跳车跨越远,位移响应越小。

地震和滑坡链式灾害作用下连续梁桥结构易损性分析

目前桥梁结构抗多灾害研究主要集中在桥梁结构冲刷与主余震方面,对地震和滑坡链式灾害作用下桥梁结构易损性的研究较少。建立了地震和滑坡联合作用下桥梁结构性态分析框架并以某三跨连续梁为例,采用OpenSees软件建立了全桥非线性有限元模型,考虑了桩土相互作用的影响,并基于非线性时程分析研究了滑坡体积与滑坡运动距离等因素对桥梁结构易损性曲线的影响。结果表明:在地震和滑坡联合作用下桥梁结构累积损伤明显增大;在滑坡运动距离为150 m范围内,桥梁结构失效概率明显增大,当滑坡运动距离超过250 m时,桥梁结构失效概率增幅较小;当PGA为1g且滑坡运动距离为100 m时,体积为1×10^(7 )m^(3)量级的滑坡对桥梁结构破坏作用最大,导致桥梁结构完全失效的概率将增加60%以上;地震和滑坡的存在会显著增大桥梁结构在不同地震动水平下的失效概率,在选址时应予以充分考虑。

高速公路多联连续梁桥隔震研究

针对高速公路多联连续梁桥的抗震问题,本文对铅芯橡胶支座和摩擦摆支座进行了隔震效应分析与设计优化。本文基于多联有限元模型和非线性时程分析方法,分析了多联体系下各墩地震响应的差异,及铅芯橡胶支座和摩擦摆支座的隔震和耗能效果,并对隔震支座的参数布置进行了优化。结果表明:多联桥梁交界墩的地震响应较联内墩一般增大20%以上,交界墩上部结构跨径差异较大时甚至可达75%。铅芯橡胶支座位移限制能力和大震耗能更好,且屈服前刚度越大、屈服强度和屈服后刚度越小,滞回耗能能力越强;摩擦摆支座小震时即可发挥其隔震效果,且滑动摩擦系数越小、曲率半径越大,隔震效果越好。通过在交界墩布置更多隔震支座可在保证一定隔震率的同时改善桥墩受力不均匀的问题,具有一定的工程参考价值。

基于车桥耦合振动的连续梁桥动力特性研究

为获取连续梁桥在行车荷载作用下的动力特性规律,基于虚功原理,建立了24自由度典型四轴拖挂车动力学模型。采用模态叠加法建立三跨连续梁桥动力特性模型,通过模态综合法建立了车轮-桥面间的力学和位移耦合关系。组建了四轴拖挂车和连续梁桥动力耦合分析模型,通过逐步迭代法建立了车桥耦合时变矩阵方程。以某三跨连续梁桥为工程示例,进行车桥耦合动力特性的敏感性分析,重点分析了车辆行车速度、桥面不平度和车辆载重变化对桥梁关键位置处的动力响应影响。结果表明:随着行车速度的增大,桥梁竖向位移时程响应曲线整体呈增大趋势,其中边跨跨中竖向位移幅值增幅相对较小,为3.40%,中跨跨中竖向位移幅值呈先减小后增大的变化趋势,最大增幅为7.10%;随着桥面状况的恶化,桥梁边跨跨中和中跨跨中截面的竖向位移响应增幅相对较大,分别为38.60%和54.95%,为桥梁动力响应的主要敏感参数;当车辆载重相对较小时(从空载至40%满载),桥梁位移动力响应变化较为敏感,但随着车辆载重增长率的逐步增大,桥梁动力响应结果对车辆载重的敏感性逐步降低。

基于Dynamo模式+Revit二次开发的变截面连续梁桥初步设计研究

针对变截梁桥建模困难、效率低下、精确度不足等问题,以鄂州市东沟大桥为工程背景,基于Revit+Dynamo模式提出一套搭建变截面梁桥参数化模型方案,成功搭建全桥三维模型,验证了该参数化模型方案具有可行性。并在此模型基础上,通过Revit API程序接口进行二次开发创建0#节段箱梁钢筋参数化模型,实现了桥梁工程参数化、自动化建模效果,期望能为同类型和其他类型桥梁参数化设计提供一些思路和参考。

大跨径预应力混凝土连续梁桥加固研究进展

基于我国危旧桥改造需求多、病害情况复杂给桥梁加固提出的挑战,需把握桥梁加固国内外的研究现状,为未来深入研究和工程应用提供参考。结合大跨径预应力混凝土连续梁桥主要加固手段的基本原理,对各加固手段的优点、局限性及适用对象进行分析,系统梳理近两年来的最新研究成果,并对未来发展进行了展望。

近断层地震下连续梁桥随机振动与易损性分析

由于桥梁建设场地难免会靠近地震活动断层,为了评定近断层地震动作用下连续梁桥的地震安全性水平以及提高抗震性能,亟待发展连续梁桥非线性随机地震动力响应与易损性分析的统一、准确方法。考虑到近断层地震动是典型的随机过程激励,本文提出了基于直接概率积分法的连续梁桥结构非线性随机振动响应与地震易损性准确、通用分析的新框架。发展直接概率积分法,准确高效地计算连续梁桥结构的随机振动响应;结合连续梁桥多种失效状态,根据动力可靠度的首次超越破坏准则,利用直接概率积分法对连续梁桥进行了地震易损性分析。最后,展示了近断层随机地震动激励作用下四跨非线性连续梁桥算例结果,验证了直接概率积分法的准确性特点。比较了近断层脉冲型和无脉冲地震动对非线性连续梁桥地震易损性曲线的影响。结果表明:近断层地震动的速度脉冲显著加剧了连续梁桥结构受到的地震破坏,增大了桥梁结构进入不同破坏状态的超越概率。

规则连续梁桥质量转动缠绕索装置减震效果及影响参数研究

为解决连续梁桥纵向地震惯性力仅由固定墩承受的抗震设计难题,充分发挥与固定墩相同截面的活动墩的抗震潜能,基于缠绕索原理,研发了利用附加质量惯性力的质量转动缠绕索装置,从而实现固定墩与活动墩协同受力和限制梁端相对位移的目的。在阐述装置工作原理及构造特点的基础上,提出了装置的恢复力模型,并通过对一座三跨规则连续梁桥建立全桥有限元模型,研究了连续梁桥质量转动缠绕索装置的减震效果,系统分析了附加质量、摩擦系数和初始松弛系数取值对装置减震性能的影响。结果表明,质量转动缠绕索装置对于减小固定墩地震响应,提升活动墩参与连续梁桥纵向整体协同受力的效果较为明显,值得注意的是,不同地震波作用下减震装置参数对结构地震响应的影响略有不同。

连续梁桥质量转动缠绕索装置振动台试验

为发挥活动墩的抗震潜能,提升连续梁桥纵向整体协同受力效果,基于功能分离与协同受力原理,提出一种质量转动缠绕索装置。以一典型三跨连续梁桥为例,通过以不同地震频谱特性和地震强度的实际地震波作为激励的振动台试验,分析各类地震作用下等墩高模型和不等墩高模型结构关键位置的地震响应的变化规律。从桥墩墩顶加速度响应、位移响应和墩底应变响应等结构关键位置的试验结果可以看出,装置对于增强活动墩参与连续梁桥纵向整体协同受力的效果较为明显,且随着地震动输入强度的增加,装置的协同作用越发凸显。同时,装置的作用效果与装置本身的缠绕圈数、活动墩的墩高等因素有关,设计时需要根据结构墩高的不同确定装置的合理设计参数,以实现装置的最佳应用效果。

振动标线设置对连续梁桥的挠度冲击系数影响研究

为了研究振动标线设置对长大坡桥梁结构挠度冲击系数的影响,以30 m连续箱梁桥和五轴车辆为研究对象,基于实际振动标线结构形式进行不平顺度模拟,建立车桥耦合振动方程。借助ANSYS及APDL语言,采用直接积分法进行求解,得到了不同跨中位置挠度时程曲线和冲击系数,研究了振动标线数量、组间距和位置对连续梁桥不同跨中截面挠度冲击系数的影响。结果表明,设置振动标线后连续梁桥挠度冲击系数均大于规范值,且最大值为规范值的2.40倍;振动标线组数增加对下坡方向第一跨跨中位置挠度冲击系数影响不大,但对第二跨跨中挠度冲击系数有较大影响;随着振动标线组组间距增大,不同跨中截面挠度冲击系数变化规律不同;振动标线设置位置对不同跨中截面挠度冲击系数有一定影响;当振动标线组数为6时,首条振动标线宜选择距梁端距离4 m位置,振动标线组间距宜为4.5 m,当振动标线组数为4或5时,需根据不同跨径布置选择相应的振动标线设置形式。研究结论可为桥梁结构中振动标线的设置提供参考。