非规则梁桥伸缩缝处的碰撞对地震反应的影响

针对非规则梁桥在地震作用下伸缩缝处的碰撞现象,在建立考虑双边碰撞效应的简化动力分析模型的基础上,采用非线性地震反应时程分析方法,研究了纵向地震作用下非规则梁桥伸缩缝处的碰撞效应,并分析比较了双边碰撞与单边碰撞对桥梁结构位移的影响,研究结果对同类型的非规则梁桥的抗震设计具有一定的参考价值。

基于位移的非规则梁桥抗震设计

为防止非规则梁桥在地震下的不确定破坏,需要对其进行基于位移的抗震设计。以一类常见的非规则梁桥横桥向作为研究对象,采用推倒分析探讨如何建立合理的能力谱,提出如何将此能力谱与非弹性需求谱组合来预计非规则梁桥的地震位移需求,最后,在此基础上提出一种非规则梁桥基于位移的简化抗震设计方法。结果表明:以反应谱分析的位移形状作为分布力模式推倒结构,以最先屈服墩墩顶节点作为位移参考点,得到的推倒曲线可作为能力谱,其弹性段、低屈服段和高屈服段对应的位移形状比例系数需要分别取值;此能力谱与非弹性需求谱的组合能够预计非规则梁桥的地震位移需求,相应的基于位移的简化抗震设计方法能够对非规则梁桥进行合理的抗震设计。

非规则梁桥的模态推倒分析

在模态推倒分析(MPA)基本概念的基础上,研究了MPA预计非规则梁桥的地震位移需求的具体细节。首先分析了桥梁位移参考点的选择位置、能力谱的形式、非弹性需求谱的构建以及位移组合方式等,然后分别采用MPA和非线性时程分析(ITHA)计算了4座非规则梁桥的横桥向地震位移需求,并比较了MPA与ITHA的计算结果。结果表明,桥墩屈服后,虽然非规则梁桥的各主要模态之间有不同程度的耦合,只要采用合理的MPA操作过程,仍能够得到合理的地震位移需求。

非规则梁桥横向X形弹塑性阻尼器合理参数分析

提出采用X形弹塑性阻尼器(XSEPD)代替梁桥混凝土挡块,以控制梁体位移,减小下部结构地震反应.对板式橡胶支座(LRB)与X形弹塑性阻尼器的力与位移关系进行分析,并以一座典型非规则梁桥为例,通过参数分析探讨X形弹塑性阻尼器的不同布置方式对桥梁横向地震反应的影响规律.结果表明,通过适当选取X形弹塑性阻尼器的设计参数,可以有效控制墩梁相对位移,并能合理分配高低墩间所承受的地震力.

公路规则梁桥地震易损性模型及简化计算方法

为了快速评估桥梁结构达到特定损伤状态的概率,基于非线性动力时程分析结果,建立了公路规则梁桥地震易损性模型并提出了简化计算方法.依据不同上部结构支承形式、墩柱形式和设计规范,将公路规则梁桥细化为8种桥型,针对每种桥型分别建构了80个基准桥梁样本作为各类桥型代表.选择墩柱和支座作为桥梁的易损构件,确定桥梁墩柱和支座在不同损伤状态下对应的参数能力范围.用Open Sees建立桥梁样本的有限元模型,采用增量动力分析方法,分析得到各类桥梁的全桥系统地震易损性模型.以计算得到的易损性模型参数为样本,提出适用于我国公路规则梁桥的中位值简化计算公式,同时给出对数标准差的建议值.研究结果表明:对于规则梁桥中位值,双柱式梁桥相对单柱式梁桥增大17%、新规范相对旧规范增长7%、连续梁桥相对简支梁桥增大8%;简化公式计算结果与分类易损性模型吻合较好,均方误差和均方根误差分别为5.26%和5.95%,最大绝对误差10.58%.

规则梁桥单墩-质点隔震体系地震时程响应半解析法

本文基于带集中参数边界条件的分布参数连续梁理论,推导规则隔震梁桥单墩-质点(SCM)地震时程响应的计算步骤。在控制方程边界条件引入等效基础弹簧和墩顶隔震层变形协调条件,解析地获得各阶实模态,用牛顿法搜索各阶频率。为了处理隔震层非比例阻尼产生的耦联效应,由能量法分配各阶实振型的隔震层附加阻尼比,实现体系的实模态近似解耦,应用振型叠加法求解体系的地震时程响应。最后应用该方法对一规则隔震梁桥SCM体系的地震响应进行分析,与有限元时程积分的结果进行比较,表明此方法的有效性。计算结果表明,采用墩顶隔震策略的单墩-质点体系能显著减小结构响应,具有良好的减震效果。

山区非规则梁桥地震易损性分析研究

地震作用下,山区非规则梁桥的震害明显高于常规梁桥,采用地震易损性分析方法能够较好地获得山区非规则梁桥在不同地震水准作用下的地震响应规律及其震害机理,从而实现更加有效的桥梁抗震设计。

不规则钢筋混凝土梁桥抗震性能评价N2方法

将非线性静力分析(Pushover)和非线性时程分析结合起来,给出了一个用于不规则钢筋混凝土梁桥抗震性能评价的N2方法(名称源于Fajfar).首先对多个代表性桥墩进行非线性静力分析,获得桥墩的"能力"曲线以及不同破损极限状态对应的墩顶位移.不同破损极限状态由钢筋和混凝土的应变以及桥墩截面抗剪能力共同定义,并可由墩底截面弯矩——曲率关系曲线转化为以墩顶位移的表述形式.再通过全桥模型的非线性时程分析获得各个桥墩的地震"需求"位移,最后通过二者比较来评价桥梁的抗震性能.给出了一个曲线连续梁桥计算实例,验证了方法的可行性.

多跨简支规则直线梁桥横桥向地震反应合理简化计算模型研究

以多跨简支的直线梁桥为研究对象,在对比分析主要抗震国家现行桥梁抗震设计规范关于结构横向地震反应计算所采用的简化方法的基础上,通过变化跨径比、墩高、桥墩刚度比等主要结构设计参数,对刚性梁模型与柔性梁模型在模拟结构横桥向地震反应方面的合理性进行比较,提出了适用于多跨简支规则直线梁桥横向地震反应计算的合理简化模型,并对简化计算方法进行改进。

非规则连续梁桥减隔震支座的合理布置

非规则连续梁桥墩高差异较大,地震反应复杂,传统的单固定墩抗震支座布置会使各墩之间地震力分配不合理。基于某两联三跨连续梁桥,探讨了水平地震力在非规则连续梁桥高矮墩之间的分配问题。采用非线性时程分析方法,分析了多种参数下的高阻尼橡胶支座与四氟滑板支座及板式橡胶支座与四氟滑板支座组合下各墩地震力的分配规律,并与传统单固定墩的地震力分配进行了比较。结果表明:高阻尼橡胶支座与滑板支座组合可使水平地震力在非规则连续梁桥的各墩之间得到合理分配。非规则连续梁桥可通过减隔震支座的合理布置获得较好抗震性能。

非规则铁路连续梁桥抗震体系优化

从非规则铁路连续梁桥各桥墩协同抗震的角度,引入墩底摇摆隔震及支座减隔震,以1座(60+100+60)m连续梁桥为例,建立全桥动力分析模型进行地震反应分析,研究具有中等高度(20~30m)实心桥墩的非规则铁路连续梁桥采用摇摆隔震的适用性,以及全桥采用支座减隔震时的桥墩优化配筋准则。结果表明:采用摇摆隔震时,摇摆墩墩底恒载轴力大,提离位移敏感性高,地震作用下墩顶位移可控制在较小的范围且提离后墩底弯矩变化稳定,易随其余各墩协同抗震,经抗震性能验算确定摇摆墩配筋率为0.6%;采用支座减隔震时,桥墩本身地震反应贡献率最高可达71%,桥墩惯性力主控墩底内力,以地震作用下各墩同步保持弹性为原则,优化后各墩配筋率依次为0.7%,0.3%,0.5%和0.7%。以上2种优化均可使非规则铁路连续梁桥达到"大震不坏"的设防水平。

挡块对规则连续梁桥简化抗震分析方法的影响

根据Megally等人的试验结果,提出了钢筋混凝土横向抗震挡块的简化滞回分析模型,并以之讨论了挡块对规则连续梁桥横向地震反应的影响,以及对两种常见的简化抗震分析法(一是忽略挡块、二是横向按固结处理)可靠性的影响。通过参数分析后发现:按忽略挡块进行抗震分析会高估结构的位移需求而低估其力的需求,而固结的方式则可能导致相反的结果,两种方法的可靠性与挡块的强度密切相关。挡块的抗震性能对桥梁墩柱的性能状态(弹性/塑性)有显著影响,而强度设计合理的挡块在地震作用下不仅可以发挥良好的"限位功能",而且可以满足桥梁结构多水准设防的性能要求。

强震作用下LRB规则连续梁桥简化设计方法研究

基于等效线性方法及等效塑性铰理论,根据铅芯橡胶支座(LRB)规则连续梁桥的动力特性以及强震作用下隔震支座和桥墩非线性特征将规则连续梁桥结构简化为单自由度体系,并对于体系的等效刚度及等效阻尼比进行了估计。选取主梁位移及桥墩墩顶位移作为目标位移,利用修正的长周期高阻尼位移反应谱进行了基于位移的桥梁抗震设计。最后给出了设计实例,设计结果与采用SAP2000计算的弹塑性时程分析结果比较满足工程精度要求,适用于具有不同性能水平下的规则型LRB隔震桥梁的初步分析和设计,可以为强震作用下LRB隔震桥梁地震反应分析提供参考。

非规则连续梁桥非线性地震反应分析

采用纤维模型分析方法,对一座墩高差异较大的非规则等跨连续梁桥进行了全桥的线性和非线性时程地震反应分析,并比较了P-Δ效应对该桥地震反应的影响以及线性与非线性结果的差异。分析结果表明:对于这类桥墩刚度差异较大的连续梁桥,刚度较大的矮墩是其抗震的薄弱部位,地震中损伤相对较严重;墩高较小时,P-Δ效应对分析结果的影响较小,线性与非线性分析结果之间差异较大。

混凝土挡块对非规则连续梁桥地震反应的影响

为了对桥梁地震反应做出更准确的判断,基于ANSYS提出综合考虑混凝土挡块特性以及梁体与挡块碰撞效应的模拟方法。以韩江大桥的非规则多跨连续梁桥为研究对象,分析在混凝土挡块4种不同模拟情况下的结构地震反应,研究挡块性能参数的影响规律,并探讨减碰措施。研究结果表明:混凝土挡块限制梁体位移,但同时将梁体惯性力传递给桥墩,从而影响整体结构地震反应。忽略挡块性能或梁体与挡块的初始间隙都会导致地震反应分析产生偏差。增加挡块强度可提高其限位能力,但过大的挡块强度也会导致极大的桥墩内力。提高挡块的变形能力有利于减小碰撞力与挡块损伤。橡胶垫片是较宜采用的减碰措施,可进一步减小梁墩相对位移与碰撞力,减轻挡块损害。

非规则连续梁桥纵向非同向振动地震反应

墩高不同可以造成桥梁相邻跨之间的振动特性存在显著差异,这种差异会导致产生非同向振动,并对相邻梁体地震碰撞力及构件间相对位移有影响,另外对抗震措施的有效性也有影响。主要完成的工作:(1)选择了一座代表性的墩高变化较大的实际非规则连续梁桥,采用成熟建模方法和软件建立了计算模型;(2)选择了多条代表性地震波,进行了纵向地震反应计算;(3)根据案例的计算结果,研究了相邻联周期比对该类桥梁地震反应的影响规律;(4)根据案例的计算结果,建议了周期比的合理取值范围和抗震措施的设计原则。

三重摩擦摆隔震梁桥的一种简化设计方法

三重摩擦摆(TFP)系统是具有自适应特性的被动隔震支座,在不同运动状态下可形成多个相互独立的摩擦摆,能够适应不同设防水准的地震需求,因而得到日益广泛的工程应用。为了给出简单实用的计算方法,作者对TFP设计参数进行简化,根据运动状态假定推导了不同运动阶段的等效刚度、等效阻尼以及等效周期等基本参数的计算公式。给出了采用此类TFP隔震规则梁桥的简化设计方法,并将TFP隔震连续梁拱桥简化为等效单自由度模型,计算了等效模型的等效力学参数,得到了简化模型的支座设计位移和墩身地震力,并对简化模型进行了抗震设计。简化算法和有限元模型的计算结果比较,表明了本文简化模型和算法的合理性。

相邻梁段周期比对伸缩缝处的碰撞响应分析

针对相邻两联连续梁桥伸缩缝处的碰撞现象,基于其周期不一致而表现出的动力差异性,进行动力时程分析,采用直接积分法研究了地震作用下相邻联的非同向振动和伸缩缝处的碰撞响应。分析结果表明:不同周期比的相邻梁体,在地震动作用下产生的碰撞响应不同,加速度峰值小持续时间长的地震波对伸缩缝处的碰撞响应较小;碰撞对严重不同向振动的相邻两联(T2/T1<0.5)的地震响应影响很大,随着相邻两联周期比的增大,碰撞对结构地震反应影响逐渐减小。

可提离式桩基础规则连续梁桥的地震响应分析

以上海嘉闵高架桥为依托,利用Open Sees软件构建有限元分析模型进行非线性时程分析,对两种不同基础体系下的规则连续梁桥的主梁、墩柱、基础等的地震响应进行对比分析,并考虑墩高变化的影响。结果表明:基础提离设计,相较常规基础设计,会显著降低墩柱的纵、横向弯矩响应,改善墩柱的受力性能,纵向降幅为20.4%~32.0%,横向降幅为2.5%~23.8%;单桩的纵向弯矩响应减小,降幅达16.2%~40.0%;桩基最大拉力受到有效控制。基于新规范体系,评估了墩柱和基础在E2地震下的抗震性能,结果表明采用提离式桩基础的规则梁桥可有效降低墩柱、基础的地震需求。在E2地震下,墩柱均处于弹性状态,单桩配筋率相较常规基础体系梁桥可随墩高增加适当降低。

挡块对规则连续梁桥横向地震反应的影响

根据钢筋混凝土横向挡块在地震作用下不同的破坏机制并结合Megally等人的试验结果提出了3种不同的力学模式模拟挡块的性能,即完全弹性模式、简化滞回模式、理想弹塑性模式。其中简化滞回模式可用以模拟当前工程中常见挡块的破坏形态,而理想弹塑性模式可用于模拟具有良好延性能力的挡块。根据这3种力学模型,采用非线性时程分析法讨论挡块对采用板式橡胶支座的规则连续梁桥横向地震反应的影响。研究发现:挡块限位和传力作用的大小与其自身的抗震性能密切相关且受地震动大小的影响;不同性能模式的挡块对结构横向地震响应的影响规律基本一致;在相同的屈服强度下,具有良好延性的挡块在约束主梁位移、限制支座变形和分担主梁惯性力等方面的效果更优,且对墩柱的曲率延性需求和剪力需求影响也较小,是抗震设计的最好选择。