桥梁抗震研究的近期进展

近期在智利圣地亚哥召开的第16届世界地震工程大会汇集了世界地震工程领域最新研究成果,有关桥梁抗震研究方面的论文就有90多篇,主要涉及大跨度桥梁的抗震设计、基于地震可恢复性的桥梁减震隔震措施、桥墩的抗震性能研究、桥梁的碰撞与接触问题、桥梁的地震反应分析等方面的内容。本文就这些方面的内容进行分类汇总和介绍,并谈了几点体会。很显然,桥梁抗震研究的发展趋势也会与整个地震工程界倡导的可恢复性的抗震设计理念同步,在可方便替换"保险丝"构件、摇摆自复位体系、更有效的减震隔震措施等方面有所推进。从大会报告的内容看,减隔震装置和桥墩自复位体系都是当前桥梁抗震研究的热点课题,如果将两者同时用于桥梁体系,进行优化设计,会有更好的抗震效果。

斜拉桥有限元模型修正与索力分析

充分利用振动测试得到的结构全局振动信息和构件局部振动信息,可以获得能够反映斜拉桥真实状况的有限元模型。本文以克拉玛依友谊大桥为例,首先利用环境激励振动试验得到的结构整体振动频率,结合该桥设计的初始有限元模型,运用基于动力特性的响应面法完成了该桥有限元模型的修正。然后利用振动测试中得到的斜拉索局部振动的频率,通过振动法常用的3种简化计算公式进行了相应斜拉索索力的计算,并与模型修正得到的结果进行了比较分析。得到如下结论:斜拉桥的索力大小往往影响着其动力反应有限元模型的准确性,为了便于区分实测振动数据中的全局振动和局部振动信息,对于双索面斜拉桥,索面内应至少在两根斜拉索上布设拾振器,且需测试面内和面外方向的振动;考虑垂度和弹性影响的索力计算公式可以相对简单且准确地计算索力的大小;局部振动计算得到的索力可以作为已知条件,对有限元模型进行再修正。

平行索面悬索桥多阶段有限元模型修正

根据平行索面悬索桥的结构体系特征,可以将其划分为几个相对独立的子结构。充分利用振动测试得到的子结构局部振动信息和结构整体振动信息,可以分阶段进行有限元模型修正,从而提高优化效率。本文以克拉玛依市龙门桥为例,结合该桥设计的有限元模型和环境激励振动试验结果,进行了整桥模型修正和子结构多阶段模型修正。首先通过振动法计算得到边悬索的索力近似替代主缆索力,将其施加在整桥有限元模型中,运用基于动力特性的响应面法完成传统的模型修正,得到修正后的土-结构相互作用的弹簧刚度系数和吊杆索力;其次利用主塔横向模态相对独立的特点,通过对主塔子结构模型的修正得到合理的弹性支承参数;再将其施加在初始的整体有限元模型中,完成该桥的子结构分阶段有限元模型修正;最后比较子结构多阶段模型修正与传统整桥模型修正方法的效果,可以看出相比传统模型修正,所提方法不仅提高了修正精度,而且大幅度提高了优化效率。

多铅芯橡胶支座水平力学性能研究

当前多铅芯橡胶支座在我国建筑结构中应用正逐渐增多,但是其力学性能研究较少。文章首先利用压剪试验机对多铅芯橡胶支座进行水平单向压剪试验,分析其在单向压剪状态下的力学性能,然后以此试验样本为原型,利用ABAQUS建立多铅芯橡胶支座精细化有限元模型,进行水平双向压剪工况的数值模拟,以弥补试验条件的不足。经过对多铅芯橡胶支座在水平单向与水平双向压剪作用下的力学性能参数的对比,发现多铅芯橡胶支座在双向压剪状态时存在明显的双向耦合效应,单向作用的力学性能有不同程度的下降。最后通过改变一个加载方向的幅值和频率,来探究在双向加载时一个加载方向幅值与频率的改变对另外一个方向力学性能的影响。研究发现随着一个方向幅值和加载频率的增加,另外一个方向的大多数力学性能都有降低的趋势,有些力学性能的变化趋势会因加载函数的不同而呈现出不同的规律。这些特点的发现将有助于多铅芯橡胶支座的合理设计与布置,使其能更好地发挥减隔震的功效。

悬索桥易损性分析与简化模型

对中国当前已建和在建的车行悬索桥进行了统计分析,总结其分类特点,得到了统计意义上桥梁主要参数间的关系,并利用线性拟合得到趋势拟合公式。选取3座典型悬索桥(双塔地锚式平行双索面桥、双塔自锚式平行双索面桥、独塔自锚式空间索面桥)建立有限元模型,对影响悬索桥振动的主要参数进行了敏感度分析;利用塔底弯矩曲率曲线确定不同等级的损伤指标,采用增量动力分析(IDA)法得到地震反应需求值,通过计算不同损伤指标的能力需求比,对悬索桥的易损性进行分析。针对震后灾害快速评估的需求,建立单塔简化模型来计算易损性曲线。结果表明:对算例桥梁而言,主塔顺桥向弯曲振动,主塔刚度对自锚式平行索面悬索桥影响大,主缆刚度对地锚式平行索面悬索桥影响大;横桥向主塔刚度对3座桥影响均较大;地锚式悬索桥比自锚式悬索桥易损,而自锚式悬索桥中双塔平行索面桥抗震性能优于独塔空间索面桥;单塔简化模型在一定程度上能够满足震害后快速评估的需求,误差基本在工程上可以接受的范围。