近断层地震方向脉冲效应对高速铁路桥梁弹塑性反应的影响

基于PEER-NAG强震数据库,采用ANSYS分析软件、ANSYS-APDL语言和弯矩曲率关系计算程序,以高速铁路多跨简支梁桥为研究对象,建立了近断层脉冲型地震作用下的高速铁路桥梁全桥模型,考虑了轨道不平顺的影响,分析了结构的自振特性,计算了近/远断层地震作用下桥梁的弹塑性地震响应。计算结果表明,近断层方向脉冲型地震作用下的墩底的荷载-变形曲线呈现中间加强的特点,此时需要桥墩有更强的能量释放能力和较好的延性要求,相比远断层地震而言,近断层方向脉冲型地震作用下墩底梁体位移、墩顶位移以及墩底弯矩增大,且导致更大的塑形变形;远断层地震趋向于能量的逐渐释放过程并与较少的滞回环损伤疲劳相联系;由于近断层地震动方向脉冲效应的影响,在一些地震动的某些时段内,对结构破坏起控制作用的因素是速度或位移而不是峰值加速度;由于近断层地震较大的竖向地震动,导致梁体竖向挠度比远断层地震增加较多,《铁路工程抗震设计规范》等取竖向地震为横向的2/3左右,会导致竖向动力响应偏小,建议取竖向地震动的合理范围进行计算较为妥当。

地震动速度脉冲对减隔震连续梁桥纵向地震响应的影响

本文分别选取台湾集集和Imperial Valley地震中有、无速度脉冲效应的两类实际地震记录作为地震动输入,基于一座实际连续梁桥,通过SAP2000软件建立有限元分析模型,以铅芯橡胶支座、拉索减震支座为研究对象,以非减震体系为对比,系统考察了速度脉冲对减隔震连续梁桥纵向地震响应的影响。结果表明:速度脉冲对非减震以及减隔震连续梁桥的纵向地震响应均有放大作用;在速度脉冲作用下,与非减震桥梁结构相比,虽然铅芯橡胶支座能较大程度减小地震内力响应,但支座变形能力无法满足变形需求,而拉索减震支座在实现减小桥梁地震内力响应的同时仍具有较好的限位能力,重视力与位移之间的平衡,具有较好的减隔震效果。

近断层脉冲地震对结构影响分析与选波建议

近断层地震动基本特征包括破裂方向性效应、滑冲效应、速度脉冲效应、上盘效应和竖向加速度效应等,而其中速度脉冲效应是最区别于一般的远场地震动的特点,该效应也是造成结构破坏的主要原因。PGV/PGA值是可以表征近断层地震动特点的地震动参数,故可以作为选取近断层地震动的一个条件。因此主要探究了近断层速度脉冲型地震对结构响应和耗能的影响,并以PGV/PGA值为分析对象,对断层距20 km内大量近断层地震动记录进行统计分析,得出以PGV/PGA值挑选近断层速度脉冲型地震时建议的选取范围。

近断层脉冲型地震动作用下RC框架结构抗整体性倒塌能力分析

首先,简要分析了近断层脉冲型地震动的产生原因及主要特征,讨论了基于峰值-峰值速度脉冲和正则累积平方速度指标的有明显脉冲地震动记录选择方法。进而,选择一榀六层三跨钢筋混凝土框架结构为研究对象,以非线性有限元软件OpenSees为平台,选择20条有明显脉冲的近断层地震动记录,以结构基本周期对应谱加速度S_a(T_1)为强度指标调整原始地震动记录,并对结构进行增量动力分析(Incremental Dynamic Analysis,IDA),以结构最大层间位移角θ_(max)和楼层最大层间位移角θ_(max,i)等为损伤指标,统计分析IDA结果,得到近断层脉冲型地震动记录下的IDA曲线,进而利用IDA结果,评估了结构的抗整体性倒塌能力。同时,也选择20条远场地震动记录进行同样分析以进行比较。结果对比表明:在地震动强度指标相同时,近断层脉冲型地震动更容易引起结构的破坏;近断层脉冲型地震动作用下结构的抗倒塌能力低于远场地震动作用下结构的抗倒塌能力;近断层脉冲型地震动作用下结构底层的塑性变形相对更加集中。

近场地震作用下采用拉索减震支座桥梁纵向地震响应特性

选择台湾集集近场地震记录作为地震动输入,以常规盆式支座和铅芯减隔震支座为对比,系统考察了近场地震动的速度脉冲效应、破裂方向性效应、上盘效应对采用拉索减震支座连续梁桥纵向地震响应的影响,并且对拉索减震支座进行了参数分析。计算结果表明,近场地震三种效应对采用三种支座的连续梁桥的地震响应都有放大效应;拉索减震支座同铅芯减隔震支座比较,对于位移的放大效应有明显的减小,对于在近场强震情况下通常由位移控制的减隔震连续桥梁,突出显示了其限位优势,能够实现力和位移的完美调节;通过调整拉索减震支座的摩擦系数和拉索自由程能达到更理想的减隔震效果,控制结构的位移,防止落梁、碰撞等灾害发生。

随机近场地震作用下风力发电塔结构振动台试验研究

近场脉冲型地震动经常含有较大的加速度峰值及显著的速度脉冲效应,且表现出更明显的不确定性,可能对长周期结构造成严重的破坏。利用近场速度脉冲模型及随机地面运动模型合成了35条基于8度多遇条件下的不同类型随机波样本,按照1/20缩尺比例设计并制作了某2 MW风电塔试验模型,以上述随机地震为试验输入,对模型进行了振动台试验,研究了随机地震作用下风电塔模型结构的响应特性,并对离散性进行了分析。结果表明:模型结构反应表现出显著的离散性,位移反应的变异性沿塔高增加,而剪力反应的变异性随塔高减小;相同幅值脉冲型地震波作用下塔顶加速度、位移及塔底剪力大于无脉冲波,且随着脉冲数量增加,结构反应也呈增大趋势;脉冲型随机波作用下结构加速度响应主要受基本振型控制。

近场地震下屈曲约束钢板剪力墙结构抗震性能研究

为评估屈曲约束钢板剪力墙结构在近场地震下的性能,在该结构振动台试验试件的有限元模型基础上,设计了具有理想屈服模式的4个不同层数的等效拉杆简化模型。采用非线性时程分析方法,重点对结构层数、近场地震有无速度脉冲效应等的影响进行了分析。结果表明:与非速度脉冲地震波作用时相比,4榀框架在近场速度脉冲地震波作用下的响应均较高;同时,随着结构高度的增加,层剪力呈减小趋势;仅5层屈曲约束钢板剪力墙结构在多遇和罕遇地震下的层间位移角小于规范限值,表明在进行屈曲约束钢板剪力墙结构设计时,需深入分析近场脉冲型地震对其的影响。

近断层地震激励下门机响应研究

建立某门机有限元模型,采用时程分析法研究门机在近断层地震激励下的响应,选取21组近断层地震动记录分别研究速度脉冲效应、竖向效应及PGV/PGA值对门机位移响应及应力响应的影响。研究结果表明:速度脉冲效应会造成门机的位移响应、应力响应显著增大,双向速度脉冲地震动激励下门机最大应力比单向速度脉冲地震动大7.15%,比无速度脉冲地震动大12.41%;竖向效应会导致门机在竖直方向的振动加剧,存在钢丝绳断裂和小车脱轨的危险;门机的位移响应和应力响应均与PGV/PGA值呈正线性相关。因此门机若位于近断层区域,不可忽略近断层地震特性对门机抗震的影响。

采用拉索模数伸缩缝的斜交桥地震易损性分析

为了研究拉索模数伸缩缝对一座30°斜交角的三跨混凝土斜交连续梁桥抗震性能的影响,利用理论易损性分析方法分析了脉冲地震动和无脉冲地震动作用下拉索模数伸缩缝的减震效果,并提出了以震后维修费用曲线评价桥梁结构体系抗震性能的方法。结果表明,采用拉索模数伸缩缝后桥墩和支座的易损性均显著降低;速度脉冲效应不会改变结构的破坏模式,但对于采用拉索模数伸缩缝的斜交桥,速度脉冲效应会显著增加支座和桥墩的易损性;无论是脉冲地震动还是无脉冲地震动作用下,采用拉索模数伸缩缝均能有效减小斜交桥的震后维修费用。