大跨度整体式高墩桥梁地震易损性分析

为探究强震作用下高墩大跨整体式桥梁的地震损伤机理,从基于性态的抗震设计理念出发并结合概率方法对其进行地震易损性研究。首先基于OpenSees建立实例桥的弹塑性分析模型;然后综合考虑地震动与桥梁结构参数的双随机特性,生成地震动与桥梁的随机样本,并进一步采用IDA法建立桥梁概率性地震需求模型,确定桥墩各构件的地震易损性;最后基于条件概率原理,考虑桥墩的4种构件失效模式,结合PCM法快速、有效地推导出精确的桥梁系统地震易损性。研究表明:薄壁边墩墩顶截面的曲率延性随PGA发展较快,能提前进入塑性状态并成为桥墩各构件的最易损截面;在设计地震和罕遇地震作用下,发生中等破坏的失效概率分别为0.38和0.93,而中墩截面的抗震性能明显优于边墩截面,在罕遇地震下发生中等破坏的失效概率仅为0.15;与一阶界限法相比,PCM法能充分考虑各构件之间的相关程度,利用其导出考虑多种失效模式下复杂体系桥梁的系统易损性曲线更为合理。

基于核密度估计法的大跨度非对称悬索桥碰撞概率分析

为了对随机地震作用下大跨度非对称悬索桥的梁端碰撞概率进行评估,基于OpenSEES建立了一座典型实例桥的三维非线性有限元模型,综合考虑了地震动与模型参数的双重随机特性,采用拉丁超立方抽样与核密度估计方法建立了桥梁碰撞概率模型,并验证了该方法的有效性,最后分析了桥梁结构随机参数、伸缩缝宽度及非线性阻尼器对悬索桥梁端碰撞概率的影响。分析结果表明:若忽略桥梁结构参数的不确定性可能会高估桥梁的碰撞概率,其最大误差可达122%;大震作用下非线性阻尼器可以显著减小桥梁的碰撞概率,且阻尼器的减震效果随着伸缩缝宽度增大而越加明显;当PGA<0.7g时,通过设置阻尼器不仅可以减小悬索桥的碰撞力峰值,而且可以减少梁端碰撞次数;当PGA>0.7g时,阻尼器对碰撞次数影响较小,但能明显降低其碰撞力。

大跨度连续梁桥菱形挂篮优化设计

菱形挂篮是桥梁悬臂施工过程中的常见辅助结构,但其变形通常较大,容易超出规范限值。以某典型连续梁桥的菱形挂篮为例,基于Midas/civil有限元分析软件,从菱形挂篮吊杆的布置方式、主桁架的截面尺寸以及菱形挂篮吊带的材料等3个方面对菱形挂篮进行了优化设计,进一步研究3种改进方案对菱形挂篮施工安全及整体受力性能的影响。结果表明:适当增大挂篮主桁架箱形截面腹板尺寸可以有效地提升挂篮主桁架的强度安全系数并降低挂篮的竖向挠度;网状吊杆布置可以有效地减小吊杆的组合应力峰值、主构件的剪应力峰值以及前上横梁的剪应力峰值,但同时也会增大其组合应力峰值;从强度方面来看增大挂篮主桁架箱形截面腹板尺寸优于其他2种改进方案。

近场地震下简支梁桥搭接长度需求分析

随着交通网络向偏远地区辐射,桥梁结构会不可避免的出现靠近断层的情况,受到近断层地震动的影响显著。为了研究近场地震作用下简支梁桥的搭接长度需求,基于ANSYS平台建立了简支梁桥的弹塑性分析模型。通过动力响应分析、弹塑性分析和抗剪能力分析,探讨了近场地震动的脉冲效应对简支梁桥搭接长度的影响。研究表明:近场地震动的脉冲效应放大了结构的地震响应,脉冲型地震和非脉冲地震作用时的最大墩梁相对位移分别为115.1 cm和41.5 cm;两类地震作用时的最大剪力分别为1892.5 kN和1737.8 kN,最大剪力剪切强度比为0.82;当PGA≥0.4 g时,脉冲型地震作用下桥墩底部塑性铰区的最大转角超过极限转角,桥墩发生破坏,而非脉冲型地震PGA=1.0 g时的塑性铰转角小于极限转角;当PGA=1.0 g时,塑性铰破坏前墩梁相对位移为37 cm,占规范搭接长度的41.8%,近场地震作用下简支梁桥的搭接长度需求满足规范要求。

大跨度连续刚构桥受力影响机理及控制策略研究

为探究大跨度连续刚构桥挠度及内力影响机理和控制策略问题,首先对主梁下挠成因进行了简要分析,并结合分析结果,给出了用于后续计算分析的计算工况和有限元模型;其次探究了主要影响因素对连续刚构桥挠度和内力的影响机理;最后基于影响机理分析结果,提出了减小主梁下挠和内力的控制策略。研究表明,影响大跨度预应力混凝土连续刚构桥主梁竖向挠度以及结构受力的主要因素有:相对湿度、加载龄期和预应力损失,其中影响程度从大到小的顺序为预应力损失>相对湿度>加载龄期;当预应力损失从5%变化到25%时,主梁竖向挠度最大约增加了18.86%,主梁弯矩约是原来的2倍,可见预应力损失会显著加大主梁的弯矩和主梁竖向挠度;为防治大跨度预应力连续刚构桥在营运过程中出现较大程度的下挠和内力问题,有必要从设计阶段、施工阶段以及营运阶段对预应力损失进行控制。

桩土模型及阻尼器参数对大跨度异型悬索桥地震响应的影响

为研究阻尼器参数和桩土相互作用对大跨非对称异型悬索桥地震响应的影响,基于Sap2000软件平台,建立考虑不同桩土作用模拟方法的非线性分析模型,利用人工合成的地震波,分析不同桩土作用参数和不同阻尼器参数对悬索桥的地震响应。研究结果表明:考虑土-桩相互作用后,结构的自振周期延长,主塔参与影响的振型增加;与桩土嵌固模型相比,考虑桩土相互作用后,结构在地震作用下的内力响应减小约52%,而主梁纵向位移响应增大约120%,桥塔位移响应减小约15%,并使桥塔内力响应的减震率增大约10倍,非线性阻尼器作用更明显,减震效果更显著;对于不同的地震响应指标,不同的阻尼参数下结构的地震响应减震率有明显的差异,减震率最大相差70%。

近断层脉冲效应对大跨度结合梁斜拉桥地震响应的影响

为了研究近断层脉冲效应对大跨度结合梁斜拉桥地震响应的影响,明确近断层脉冲地震动长周期脉冲和高频分量对大跨度结合梁斜拉桥地震响应的贡献。首先采用基于小波分析的近断层脉冲地震动识别方法从集集地震中选取相同场地下的脉冲/非脉冲2类近断层地震记录,并对脉冲型地震动的长周期速度脉冲进行提取,研究长周期、高幅值速度脉冲对近断层脉冲地震动反应谱的放大效应。最后以某一大跨度结合梁斜拉桥为例,研究近断层速度脉冲效应对其地震响应的影响。研究结果表明:由于大跨度结合梁斜拉桥结构体系较柔,自振周期较长,近断层脉冲效应对其地震响应的影响显著,与非脉冲地震作用相比,近断层脉冲效应使得主梁和桥塔的地震响应都显著增大,最大改变率可达177.9%;主梁和桥塔的地震位移响应主要由长周期脉冲所决定,高频成分的影响相对较小,但是对桥塔内力响应而言,其受近断层地震动高频成分的影响较大,在基于内力控制的结构抗震设计中应该充分考虑长周期脉冲和高频成分2部分的影响。

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。

梁端碰撞效应对大跨高墩连续刚构桥易损性影响

西部山区连续刚构桥的主桥常常是高墩大跨,主桥与桥台或引桥的纵向刚度差异较大,导致在地震作用下,主桥与其两端的引桥(台)的动力响应不同步,从而发生梁端碰撞。以某大跨高墩连续刚构桥梁为背景,基于OpenSees平台建立其非线性有限元模型,选取100条实测随机地震动,引入拉丁超立方抽样、云图法以及概率地震需求模型基本理论,考虑梁端可能的碰撞作用,计算桥梁主要构件的地震易损性曲线,选用串联模型进行桥梁系统易损性分析,研究桥梁梁端碰撞效应对桥梁易损性的影响。研究结果表明:梁端碰撞作用对桥梁结构不同构件有不同的影响,考虑碰撞效应可以降低桥梁系统的损伤概率。

福厦高铁无支座整体式刚构桥地震响应研究

为了解高速铁路无支座整体式刚构桥的抗震性能,以福厦高铁泉州湾跨海大桥海上深水区(3×70)m无支座整体式刚构桥为背景,通过有限元模型分析该桥在多遇地震、设计地震和罕遇地震下的地震响应;采用增量动力分析方法,对梁端的碰撞概率进行研究。结果表明:大桥满足铁路三水准抗震设防要求;在顺桥向地震作用下,边墩比中墩更控制设计,边墩墩顶最容易进入弹塑性状态;在横桥向地震作用下,中墩比边墩更控制设计,中墩墩底较墩顶受力更不利;地震下伸缩缝的需求值较大,相邻梁端发生碰撞的概率较大,需增加阻尼器防止梁端碰撞。

多跨无支座整体式刚构桥地震反应分析

为探究整体式桥梁的动力特性、地震反应特点,基于OpenSees软件平台建立三维非线性有限元模型,采用非线性时程分析对桥墩截面进行损伤识别与塑性铰区域研究。结果表明,单肢薄臂边墩墩顶截面成为桥墩的最易损截面,其在墩顶20 m范围、墩臂交界截面上、下各2.5 m均会形成塑性铰进入延性来耗能;边墩的墩顶截面对其臂厚改变所致的弯矩变化更为敏感,增大臂厚虽会提升墩底的弯矩响应,但有助于降低墩顶的弯矩需求,进而减小边墩墩顶的地震损伤程度。

山区单塔倾斜式斜拉桥地震反应分析及稳定性研究

为探究山区单塔倾斜式斜拉桥的地震反应特点,首先,基于Midas Civil 2019软件平台,建立了三维有限元模型;其次,结合桥梁场地条件进行了地震动反应谱的选取,并利用非线性时程分析法研究了桥梁的地震响应规律;最后,对结构的稳定性作了进一步研究。结果表明:纵桥向地震作用下弯矩MY更控制地震需求,横桥向地震作用下弯矩MZ更控制地震需求;相较桥塔截面,纵桥向地震激励下桩基截面的横向弯矩MY更控制结构设计;桥塔、桩基截面的能需比均大于1,各截面均未进入塑性损伤状态;成桥状态下最低阶纵向失稳模态的稳定系数为11.23,结构稳定系数较高,稳定性能良好;地震作用下支座反力出现负值,结构可能会产生支座脱空现象。因此,针对此类桥梁,应更加注重结构支撑体系及减震措施的合理选取以适应地震需求变化,来进一步提升桥梁整体韧性。

脉冲型地震作用下大跨度非对称悬索桥地震反应分析

为探究近断层脉冲型地震作用下大跨度非对称悬索桥的地震响应特点,基于SAP2000软件平台建立其三维有限元模型,采用非线性时程分析方法研究了近断层脉冲效应、场地土效应对4个不同概率水平地震动作用下主梁、桥塔的动力响应的影响,最后对黏滞阻尼器的耗能减震效果进行了评价。研究表明:近断层脉冲效应对悬索桥的抗震性能影响显著,其对梁端位移、主塔内力具有明显的放大效应,其中50年超越概率10%时的下塔柱截面弯矩、剪力、曲率的放大系数η分别为1.98、1.07、3.35,由脉冲效应引起的结构响应的放大程度受不规则场地土条件、地震动概率水平的影响较大;近断层脉冲效应下黏滞阻尼器对位移的减震效果显著,减震率高达69%,且明显优于对桥塔弯矩、剪力的减震效果;受场地土效应与脉冲效应的共同影响,一致软土场地条件下阻尼器发挥的减震效果最差。