汶川地震桥梁震害经验及抗震研究若干新进展

2008年5月12日我国四川省汶川县发生8.0级大地震,造成大量公路桥梁破坏,并为桥梁抗震研究留下了众多资料。总结了汶川地震桥梁震害经验,认为宜重视桥梁近断层地震动响应及防落梁措施、小半径曲线梁桥地震防倒塌设计、桥梁延性抗震设计及细部配筋和深水高桥墩地震损伤及控制等抗震问题。综述了课题组近些年对桥梁抗震研究的若干新进展,包括梁式桥防落梁抗震设计理念及方法、钢筋混凝土桥墩地震抗剪强度及变形能力研究、曲线梁桥地震破坏机理数值分析与小半径曲线梁桥地震防倒塌设计对策等。

液化场地桩基桥梁震害响应大型振动台模型试验研究

采用大型振动台进行液化场地桩基桥梁震害响应模型试验,很好再现了自然地震触发场地液化及结构破坏的各种宏观现象。0.15gEl Centro波输入下,上部砂层局部液化,桩-柱墩加速度主要表现为低频反应,桩动应变幅值自下而上很快增大、到达地表则大幅度减小。0.5gEl Centro波输入下,整个砂层全部液化,桩被折断且加速度也主要表现为低频反应,桩动应变幅值自下而上很快增大、到达地表则大幅度减小。砂层液化与否,对桩-柱墩动力反应影响很大。

可液化场地桥梁群桩基础地震响应振动台试验研究

针对上覆黏土层、下部饱和砂层结构的可液化场地条件,采用2×2低承台群桩—独柱墩结构,完成了可液化场地群桩–土–桥梁结构地震相互作用振动台试验。试验表明:在小幅震动阶段孔压仅有少量积累,孔压积累主要发生在强烈振动段;孔压随震动幅值增大、持时延长而变得更高;最强烈液化作用滞后于峰值加速度时刻。砂层加速度反应受场地液化影响较大;随着砂层液化的发展,土层位移峰值时刻与输入地震波峰值时刻、土层加速度峰值时刻之间表现出明显的时滞特征,而土层位移对桩的弯矩反应起着越来越明显的作用,且液化砂层位移对桩土相互作用力影响效应已凸显;完全液化砂层的承载力并未全部丧失;无论砂层液化与否,桩与砂层加速度反应规律保持一致;地震中土层分界附近桩的加速度、弯矩出现突变。振动台试验无疑为可液化场地桥梁群桩抗震性能研究提供必要铺垫。

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。

粘弹性人工边界在地震工程中应用研究综述

介绍粘弹性人工边界在结构-地基动力相互作用等问题中应用的研究现状。重点叙述了粘弹性人工边界在有限元计算中的实现方法及其在地震工程中的应用。粘弹性人工边界方法具有方便实现、计算精度高、稳定性强等优点,是解决近场波动问题的一种重要手段。随着粘弹性人工边界理论及其在有限元软件中的应用日渐成熟,其在工程抗震分析等方面将具有广阔的应用前景。

基于SIR模型的工程材料统一单轴本构关系研究

工程材料的单轴应力-应变全曲线反映了材料最基本的本构关系,但目前对适用于多种材料的统一本构关系研究尚不够深入。本文基于传染病传播动力学SIR模型,建立了反映材料单元动态变化的应力-应变模型。根据同伦分析方法提出了模型的解析解和近似解,并讨论了模型反映材料尺寸效应和应变率的能力。结果表明,本文提出的单轴应力-应变模型中的参数可以与实际材料的力学特性相对应,模型解能够统一、全面、准确地反映多种材料力学性能的变化规律以及尺寸效应和应变率等因素的影响。

强震下拱式体系桥梁震害特征及抗震研究

以汶川地震中拱式体系桥梁震害为主线,总结主拱圈、横向连接系和其它附属构件及减隔震设计拱桥的破坏情况,对国内外拱桥的震害特征及原因进行了剖析。以目前应用数量占优的钢管混凝土肋拱桥为具体背景,对拱式体系桥梁的抗震理论、抗震试验和减隔震设计进行了评述。分析认为拱式体系桥梁竖向和纵桥向抗震存在一定的安全储备,但横桥向存在明显的抗震薄弱环节。针对钢管混凝土肋拱桥横桥向振动及倒塌特点,就目前在拱式体系桥梁中引入防屈曲支撑代替横撑以形成耗能减震结构提出了建议及具体可行设计方式。

中美日桥梁减隔震设计规范的比较研究

为推动国内桥梁减隔震技术发展和促进相关规范完善,对中国、日本、美国等减隔震设计规范的发展历程、抗震设防目标、抗震设计和分析方法、构造措施及细节等进行对比分析,介绍了减隔震装置(支座)的性能要求和特性试验和原型试验技术要点。认为宜进一步在设计规范中细化设计方法、分析方法及构造措施要求等,重视减隔震装置性能检测及原型试验,增强抗震设计规范和技术标准之间的协调性。

山区桥梁双柱式桥墩设置BRB的减震效果研究

为增强山区桥梁双柱式桥墩的横向抗震能力,尝试采用一种新型的耗能减震构件,即在双柱式桥墩之间设置防屈曲支撑(Buckling-Restrained Braces,BRB),并通过数值分析手段研究其减震效果。考虑双柱式桥墩的规则性和BRB布置形式,利用SAP2000软件建立含BRB的双柱式桥墩横向分析模型。采用谱分析和非线性时程分析,得到双柱墩小震(线弹性)和大震(弹塑性)作用下的内力和变形。引入减震率和残余位移角两个参数,通过增量动力分析方法,进一步验证BRB对双柱式桥墩抗震能力的提升作用。结果表明,小震下BRB可减轻规则与非规则双柱式桥墩承受的地震力,但会一定程度增加基础剪力,大震下BRB能够有效减小桥梁墩柱最大塑性变形并控制其残余位移角。

桥梁抗震挡块研究进展

汶川大地震中,大量公路桥梁遭到严重破坏,其中横向抗震挡块的破坏普遍严重。针对桥梁抗震挡块破坏的严重性,归纳了其破坏特征,并提出了应关注的问题;基于我国抗震设计规范对其规定的欠缺,介绍了国外抗震设计规范对挡块的设计要求,并建议国内规范加强相关内容的增订;对现有延性减震挡块的设计方法进行了介绍,以促进延性减震挡块在国内的研究和应用。

基于小波变换的长周期桥梁选波方法研究

时程分析输入地震波的选取对长周期大跨度桥梁影响显著。本文基于规范目标谱,以MATLAB为依托,通过选取最优小波基并利用小波系数迭代法实现频域调整,使地震波反应谱不断逼近给定目标谱,最后结合相对误差和长周期拟合参数两个指标进行综合评价,选取适用于长周期大跨度桥梁的时程分析地震波,提出长周期桥梁全过程批量选波方法。将该方法应用于奉节长江大桥,与基于时域调整方法的Seismo Match选波软件对比选波效果,并将选波结果应用于背景桥梁的时程分析。结果表明,利用本文选波方法所得结构关键截面响应与软件选波所得响应在横桥向和竖桥向存在一定差异。本文方法可为长周期大跨度桥梁时程分析选波提供参考。

基于BIM技术的桥梁模型设计及信息处理研究

随着我国桥梁设计手段不断更新,以BIM技术为主导的设计方式也在逐渐增多,但设计模式各不相同。为使BIM桥梁模型设计更加简便、准确及信息处理更加有效,首先立足于IFC标准为理论基础,结合我国桥梁设计及施工管理的技术路线,改进了基于IFC标准的BIM桥梁设计及施工管理技术模型;其次根据建筑信息模型分类标准构建了桥梁BIM模型信息数据编码规则,最后通过Revit软件对该项目成功进行了建模及深化设计等过程实践。研究成果可为BIM技术在我国桥梁建设中的发展提供理论支持和技术经验。

基于改进的层次分析法和接近理想点法的桥梁施工方案风险评价研究

桥梁工程建设具有施工周期长、施工环境差、系统调配复杂、资金流动量大的特点,需要准备大量的施工原料、机械、人力资源。因此,在桥梁施工过程中会面临自然环境、安全施工等多种风险的影响。为保证施工的顺利进行,本文建立了基于改造的层次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)和接近理想点法(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution,TOPSIS)的桥梁施工方案风险评价模型,通过对风险进行评价研究,提出最优施工方案,以减少施工风险,提高施工效率。

北方沿海路基土工程特性试验研究

针对北方沿海路基所处环境复杂,在具体设计和施工时超出既有规范与经验的现状,研究北方沿海路基土的相关特性有着重大的工程意义。取北方沿海路基土为试样进行一系列土工试验,测出土体一系列反映土体物理力学性质的指标。研究表明,部分北方沿海路基土属于粗粒土,含水量高,抗剪强度低,透水性好,压缩性差,固结速度较快。可为北方沿海路基土的改良、加固提供依据,也为北方沿海路基沉降的计算,路基承载力的计算奠定了基础。

汶川大地震公路桥梁震害初步调查

2008年5月12日我国四川省汶川县发生8级大地震,造成大量公路桥梁破坏。本文详细介绍了百花大桥、小鱼洞大桥、庙子坪大桥、龙尾大桥等9座典型公路桥梁的震害情况及原因。这个地区的桥梁主要为桥面连续简支梁桥,支座多为直接搁置的板式橡胶支座,地震中稳定性较差,主梁与桥墩连接较为薄弱,更多地发生横、纵向移位,乃至最终落梁。这种薄弱连接一定程度上降低了桥墩的地震荷载,总体上看桥墩震害较轻,但从破坏的桥墩、拱肋、盖梁来看,直接剪切或形成弯曲塑性铰后的剪切破坏较为多见。提出了公路桥梁抗震设计若干建议,涉及桥台抗震稳定性及强度校核、曲线梁桥和高墩桥梁设计、支座及防落梁措施设计、桥墩及构件延性设计、场地液化等多个方面。强调了抗震构造措施能够维持公路桥梁大震后应急通行功能的"最强设计原则"。

基于位移设计的钢筋混凝土桥墩抗震性能试验研究(I):拟静力试验

通过拟静力试验研究了基于位移设计钢筋混凝土桥墩的抗震性能。利用基于位移抗震设计方法和桥梁抗震规范方法设计了各2根和1根1:2.5比例钢筋混凝土桥墩试件,对低周反复荷载作用下试件试验破坏形态、承载力、位移延性、滞回耗能、刚度退化等方面进行了比较分析,可以认为基于位移设计的钢筋混凝土桥墩能够达到预期的延性抗震要求,并且在相对耗能能力(与理想弹塑性模型相比)、刚度退化性能方面与现行规范抗震设计方法设计的桥墩相当。试验表明建议的钢筋混凝土桥墩基于位移的抗震设计方法是实际可行的。

模拟酸雨环境下C40混凝土抗压性能试验研究

利用实验室加速腐蚀方法模拟了3种pH值(分别为1.5,2.5和3.5)的酸雨环境,将246个C40混凝土棱柱体试块分为3组,分别在3种pH值酸雨溶液中进行侵蚀,并与108个同期未受腐蚀的试件作对比,得到了不同酸雨环境中混凝土腐蚀不同时期的抗压性能(轴心抗压强度、静力受压弹性模量等).结果表明:经模拟酸雨溶液中H+和SO42-的共同腐蚀作用,3组试件的外观、质量等均随时间的延长而发生变化,且其轴心抗压强度和弹性模量在腐蚀初期都有短暂的上升,而随着腐蚀时间的延长,其轴心抗压强度和弹性模量发生明显劣化,且酸性较强的酸雨溶液对混凝土力学性能的劣化促进作用比酸性弱的酸雨溶液更加显著.

高墩桥梁抗震时程分析输入地震波选择

提出考虑高阶振型影响的输入真实地震波选择方法以满足高墩桥梁抗震时程分析需求。首先在PEER强震记录数据库中选择满足震级、距离、加速度峰值及长周期特性的不同场地条件的备选地震波。其次根据场地条件以备选地震波反应谱与设计反应谱,在平台段与高墩桥梁前几阶周期点附近(平均)谱值的相对误差最小为双控指标(小于15%),确定具体的输入地震波以实现时程分析结果与(设计)反应谱分析统计一致性要求。以某百米高墩桥梁抗震时程分析为例验证建议选波方法的有效性。

近断层地震动下减隔震桥梁地震反应分析

为了解采用减震榫和拉索限位器的连续梁桥在近断层地震动下减震系统的减震效果,以1座(40+64+40)m高速铁路预应力混凝土连续梁桥为背景,采用结构分析软件SAP2000建立了考虑邻梁碰撞效应的动力弹塑性计算模型,通过输入具有速度脉冲特性的近断层地震动和无速度脉冲地震动进行非线性时程反应分析。结果表明:在具有速度脉冲效应的近断层地震动下,采用减震榫和拉索限位器的组合减震系统可以起到较好的减震效果,其减震率可以达到60%以上;具有速度脉冲效应的近断层地震动对减震桥梁会产生更强烈的地震反应,也更容易引起邻梁碰撞,忽略碰撞效应将会高估减震效果。

钢筋混凝土桥墩震后修复技术研究综述

介绍了近几次破坏性地震中钢筋混凝土桥墩的典型震害,总结了国内外利用FRP材料、钢套管、狗骨式杆等新型建筑材料对发生弯曲破坏、剪切破坏、纵筋搭接破坏以及空心截面桥墩的震后修复技术。研究表明,采用合适的修复方案,可以对地震损坏的桥墩进行成功修复,使其承载力和延性得到较好的恢复。文中提到的桥墩震后修复方案可为地震、火灾、爆炸以及腐蚀老化后遭受损坏的钢筋混凝土结构的修复提供参考。