双向近场地震作用下HDR隔震梁桥地震响应研究

以HDR隔震梁桥多自由度(MDOF)模型和等效双线性单自由度(SDOF)模型为研究对象,以典型近场地震动作为输入,研究HDR支座双向耦合效应对HDR隔震梁桥地震响应的影响。研究结果表明:不考虑双向耦合效应的HDR支座滞回曲线呈典型双线性;考虑双向耦合效应的HDR支座滞回曲线面积小于不考虑双向耦合效应的HDR支座滞回曲线面积。不考虑双向耦合效应的顺桥向HDR支座位移峰值db大于考虑双向耦合效应时,但横桥向的结果相反。近场地震作用下,对梁桥进行HDR支座隔震设计时,忽略双向耦合效应计算得到的墩底剪力峰值和弯矩峰值均偏于保守。可忽略HDR支座双向耦合效应对HDR隔震梁桥近场地震能量的影响。

长周期地震动作用下隔震梁桥碰撞效应研究

以五跨一联设置铅芯橡胶支座与摩擦摆隔震支座的隔震连续梁桥为研究对象,通过建立三维空间有限元模型,分析探讨了在近场与远场长周期地震动作用下,伸缩缝刚度及伸缩缝宽度变化对两种隔震连续梁桥梁端碰撞效应的影响.研究结果表明:无论是远场长周期地震动作用亦或是近场长周期地震动作用下,伸缩缝宽度对结构最大碰撞力及中碰撞次数均有不同程度的影响,伸缩缝宽度越宽,最大碰撞力越小且碰撞次数也随之降低;伸缩缝刚度变化仅对结构的最大碰撞力有影响;对比两种隔震结构碰撞效应分析结果可知,FPB隔震结构的碰撞程度低于LRB隔震结构.

不同地震激励方向下隔震曲线梁桥易损性分析

为进一步评估隔震曲线梁桥在地震激励下的抗震性能,从地震易损性角度出发并兼顾考虑地震激励方向对其易损性的影响。利用APDL建立采用板式橡胶支座的隔震曲线梁桥有限元模型,从PEER中选取同一地震事件中的近断层地震动,按规范规定比例输入水平双向地震动进行非线性动力时程分析,结合地震响应与损伤指标计算得到各构件地震易损性曲线;考虑地震激励方向的变化,通过MATLAB编程绘制得到桥梁结构构件(桥墩与支座)以及整体系统的地震易损性曲面,分析探讨地震激励方向对隔震曲线梁桥易损性的影响。结果表明:不同极限状态下各桥墩切向损伤条件概率明显大于其径向,各支座的切向与径向易损性相差不大,但仍是各支座的切向易损性略大于径向易损性;桥梁各构件(桥墩与支座)切向易损性对地震激励方向均表现出很强依赖性,而径向易损性对其的依赖性相对较弱,且伴随损伤等级的提高,构件易损性对地震激励方向更加敏感;桥梁整体系统易损性对地震激励方向的变化不太敏感,且因各构件响应之间的相关性较高,其系统易损性更接近于易损性最大的构件——易损性下限;当进行隔震曲线梁桥抗震性能评估时,应考虑不同地震激励方向对其地震易损性的影响,从而使得易损性分析结果更加合理,能够更加真实地反映隔震曲线梁桥的实际损伤状态。

基于能量法的隔震连续梁桥地震响应分析

为研究地震波、桥梁结构基本周期、阻尼模型对地震输入能、阻尼耗能及滞回耗能产生的影响,基于地震能量法,以铅芯橡胶支座隔震连续梁桥为例,根据桥墩高度的不同建立4种工况,阻尼计算采用3种阻尼模型;根据地震波峰值速度(PGV)与峰值加速度(PGA)比值,从PEER中选取6条地震波,利用有限元软件建立简化数值力学模型,并进行非线性动力时程地震响应分析。分析结果表明:地震波的|PGV/PGA|值对地震输入能、阻尼耗能及滞回耗能均产生较大影响;桥梁结构基本周期对地震输入能的影响较小,对阻尼耗能及滞回耗能会产生一定影响,基本周期较低的桥梁结构,其隔震支座滞回耗能更明显;阻尼模型对地震输入能影响较小,对阻尼耗能及滞回耗能会产生较大影响。因此,采用能量法对隔震连续梁桥进行抗震分析时,采用瑞利阻尼进行阻尼计算更有利于保护桥墩;同时,地震波不能随意选取,应根据桥址处的场地类型及设防烈度进行选择。

基于序列最优控制算法的隔震曲线梁桥非线性振动控制研究

强震作用下隔震曲线梁桥会产生较大的弹塑性变形,需要采取一定的控制措施以保证其安全性。采用经典的Bouc-Wen模型,建立考虑上部结构偏心的隔震曲线梁桥的非线性动力方程,求解罕遇地震作用下结构的动力响应。针对隔震曲线梁桥罕遇地震作用下产生的较大弹塑性变形,建立隔震曲线梁桥的非线性振动控制方程,将该方程等效线性化后采用序列最优控制算法(SOC)和经典线性最优控制(COC)对桥梁进行振动控制研究。结果表明:在罕遇地震下,隔震曲线梁桥的下部结构与隔震层都已屈服进入塑性阶段,且有少量的残余位移产生;序列最优控制算法和经典线性最优控制都能有效地减小隔震曲线梁桥弹塑性状态下的平动位移与残余位移,并有效抑制曲线桥的扭转效应,其中序列最优控制算法较经典最优控制更能显著削减隔震曲线梁桥的峰值响应。

近断层地震动下减隔震连续梁桥向量型强度指标选取

强度指标是描述地震动特性及对结构反应影响的重要指标,在性能抗震设计框架下则构成了联系地震动水准和结构反应的量化参数。目前对具有速度脉冲特性的近断层地动的强度指标的研究仍有限。本文以某减隔震连续梁桥作为研究对象,基于OpenSees有限元软件建立三维分析模型,通过输入40条典型近断层地震动,得出算例需求参数DM(支座滞回能、桥墩滞回能、总输入能、墩顶漂移率、支座位移和主梁位移),然后通过线性回归分析对常见的23种强度指标和需求参数进行相关性分析,以可决系数R^(2)大小作为标准,建议Housner谱烈度(HI)可作为单一近断层地震动强度指标的最优选择。进而考虑向量型强度指标,以方差膨胀系数VIF作为标准,以解决参数间的多重共线性;随后,分别以峰值速度(PGV)和HI作为主变量,进行两组多元线性回归。结果表明,HI和峰值位移(PGD)适用于减隔震连续梁桥抗震性能评估,且较好表征近断层地震动的最优向量型强度指标。

海底与近岸陆地地震动作用下跨海隔震连续梁桥地震反应比较

跨海桥梁抗震时程分析通常采用陆地强震记录作为输入,因海底场地环境与陆地存在诸多差异,需对该方法进行深入研究。结合工程实际,利用ADINA软件建立基底固接跨海隔震连续梁桥分析模型。基于日本KiK-net台网选取震级及震中距相似的7个海底强震台站和7个近岸陆地强震台站各14条水平地震动(EW和NS方向独立考虑),沿桥梁纵桥向输入并进行地震反应时程分析,研究海底地震动和近岸陆地地震动输入下跨海隔震桥梁地震反应。通过对比桥墩最大变形及受力、主梁位移反应和支座最大剪应变,认为在大多数情况下,海底地震动作用下桥梁结构地震反应为近岸陆地地震动的1.3~1.9倍。跨海隔震桥梁抗震时程分析宜采用海底地震动作为输入。

地震作用下抗震与隔震连续梁桥动力响应试验研究

针对某跨海连续梁桥的抗震和隔震性能,通过将其简化,并根据相似比1∶10制作该梁桥单墩抗震与隔震试验模型,采用铅芯橡胶隔震支座,进行抗震及隔震地震模拟振动台试验,研究分别采用120、600、1 200和2 400年一遇地震波输入时结构的加速度响应、隔震支座剪力、墩顶剪力和隔震支座滞回性能,并根据单墩低周往复加载试验结果,判别在不同地震波作用时抗震桥墩和隔震桥墩所处的状态。试验结果显示:隔震后梁桥上部结构地震加速度响应在120和600年一遇地震时减小为抗震结构加速度响应的54%和55%;随着结构响应的增加,隔震位移越大,隔震支座耗能能力越强;采用隔震后,在2 400年一遇地震时,隔震梁桥整个桥墩在弹性范围内,桥墩地震响应小于开裂荷载,而抗震梁桥在600年一遇地震时,桥墩已达到开裂荷载。

强震下隔震连续梁桥地震响应的温度效应研究

基于某三跨隔震连续梁桥,分析了环境温度、隔震支座初始位移及铅芯热效应对其地震响应的影响。首先,分析了隔震支座产生初始位移的机理。在此基础上,选取36条近断层地震动记录,分别采用考虑与不考虑铅芯热效应的隔震支座模型,对该隔震连续梁桥进行了不同环境温度条件下的非线性动力时程分析,得到结构关键部位的动力响应。结果表明:低温环境条件下,环境温度、初始位移、铅芯热共同作用效应会使得隔震连续梁桥结构地震峰值位移明显减小,支座、墩底峰值剪力显著增大,环境温度对隔震梁桥地震峰值响应起主导作用;当环境温度超过常温(20℃)时,由于环境温度引起隔震支座力学性能显著退化,环境温度、隔震支座初始位移、铅芯热效应的共同作用使得结构地震峰值位移显著增大,此时初始位移与铅芯热对隔震支座峰值位移、剪力、墩底剪力影响更为显著。由于部分近场地震动作用下的结构峰值位移显著增大,使得其峰值剪力呈现出增大趋势。

基于响应面法的隔震连续梁桥地震易损性分析

地震易损性分析是地震灾害分析的重要内容,可以比较全面地评价结构的抗震性能,因此,快速有效地得到结构的地震易损性非常重要。本研究以一隔震连续梁桥为对象,同时考虑结构材料和地震动的不确定性,以中心复合设计法建立试样样本对,基于OpenSees建模并对样本对进行非线性时程分析,建立了桥梁各构件响应值的响应面模型,并采用拉丁超立方抽样计算得到结构的易损性曲线。分析结果表明:所建立响应面模型精度较高、结果可靠,减小了复杂有限元计算的工作量,有效地提高了地震易损性分析的时效性,具有一定的工程应用价值。

隔震连续梁桥结构以位移为基础的抗震设计方法

笔者对隔震连续梁桥结构提出了一种以位移为基础的抗震设计方法 ,建立了设计位移反应谱 ,给出了设计步骤 ,该方法可对对称与非对称隔震连续梁桥结构采用相同的设计步骤进行基于位移的抗震设计 。

基于汶川地震的LRB与RB隔震连续梁桥地震响应对比研究

为了研究铅芯橡胶支座(LRB)和板式橡胶支座(RB)对连续梁桥地震响应及隔震效果的影响,分别采用Bouc-Wen滞回恢复力模型模拟LRB的力-位移非线性特性,采用直线型恢复力模型模拟RB的本构关系,通过结构离散建立了非隔震、LRB隔震和RB隔震3种连续梁桥的有限元计算模型,运用四阶显式Runge-Kutta迭代法和Newmark时间积分法联合求解增量形式的全桥动力微分方程,并结合算例对3种连续梁桥有限元计算模型分别输入汶川地震波进行非线性时程对比分析。结果表明:LRB在控制梁体与支座位移,降低结构加速度和墩、台底内力响应方面均比RB的效果要显著;采用RB隔震后,梁体与支座的位移响应均较大,在桥梁隔震设计时要予以充分重视。

考虑钢筋腐蚀影响的隔震连续梁桥地震易损性分析

采用钢筋面积腐蚀的老化模型,基于云图法对不同时间节点的桥梁老化模型进行地震易损性分析,并采用拉丁超立方抽样(LHS)考虑结构材料的不确定性,从而得到在不同时间节点的地震易损性曲线。文中以一座隔震连续梁桥为分析对象,通过Open Sees平台建立有限元模型,研究随着时间推移隔震连续梁桥地震易损性的变化。研究结论可以为文中的既有隔震连续梁桥的全寿命周期地震易损性分析提供理论参考。

非经典阻尼对减隔震连续梁桥地震响应的影响

以组合使用板式橡胶支座与黏滞阻尼器的减隔震连续梁桥为例,采用先强迫解耦再进行模态时程分析的方法,对减隔震装置的不同布设位置和等效阻尼系数取值进行参数敏感性分析。结果表明:减隔震装置产生的集中阻尼改变了结构整体阻尼的分布特性,减隔震装置的布设位置和耗能能力分布越不均匀,结构的非经典阻尼特性越明显;随着减隔震装置等效阻尼系数增加,结构各阶振型模态阻尼比也随之增大,非经典阻尼对结构地震响应的影响也越来越大;可近似解耦范围与桥梁结构形式、等效阻尼系数取值有关。

基于MRD与LRB混合控制的隔震连续梁桥地震响应

为了研究磁流变阻尼器(MRD)与铅芯橡胶支座(LRB)混合控制对桥梁结构地震响应及隔震效果的影响,以典型三跨连续梁桥为背景,采用平行板模型模拟MRD的本构关系,采用Bouc-Wen模型模拟LRB的力-位移非线性行为,通过对结构的离散建立无控制、LRB单独控制、MRD与LRB混合控制的多种控制工况有限元计算模型,运用有限单元方法建立系统的动力特性矩阵,并采用瞬时最优控制算法对其进行了非线性时程对比分析.分析结果表明:采用MRD与LRB混合控制工况与LRB单独控制工况相比,前者的结构地震响应明显降低,隔震效果得到明显提高;在桥墩、桥台处均安装MRD与仅在桥墩或桥台处安装MRD的LRB隔震桥梁相比,前者对结构地震响应的控制效果更好.

基于土-结构相互作用的隔震连续梁桥的地震响应

以典型三跨隔震连续梁桥为工程背景,采用Bouc-Wen滞回恢复力模型,模拟LRB(lead rubber bearings)的力-位移非线性特性,建立了考虑土-结构相互作用的多质点系集中质量有限元计算模型,编制了运用Wilson-θ逐步积分法求解增量形式的土-结构体系非线性运动方程的时程分析程序.利用程序并结合算例分别对考虑土-结构相互作用与按照墩底固结假设的两种桥梁模型进行了隔震前后的时程对比分析.结果表明:在Ⅰ、Ⅱ类场地土上,考虑土-结构相互作用与按照墩底固结假设相比,前者得到的地震响应峰值较大,但峰值相差不大.Ⅲ类场地上,前者的地震响应峰值比后者大得多,不能忽略土-结构相互作用的影响;在同一场地类型下,隔震率对是否考虑土-结构相互作用并不敏感,但Ⅰ、Ⅱ类场地上的隔震效果要明显优于Ⅲ类场地.

多维非平稳随机激励下隔震曲线梁桥的非线性振动控制

隔震曲线梁桥的平面不规则性引起的弯扭耦合效应,使其地震响应与隔震直梁桥相比更加复杂,为了有效的抑制隔震曲线梁桥地震中过大的梁体及支座位移,采取半主动控制策略来保证其安全性。采用经典的Bouc-Wen模型,建立考虑上部结构偏心的隔震曲线梁桥非线性振动控制方程,将该方程等效线性化后,输入考虑扭转分量的多维非平稳随机激励。利用混合精细积分法对无控、经典最优控制(COC)以及序列最优控制(SOC)后的隔震曲线梁桥进行随机响应分析。结果表明:在罕遇非平稳随机激励下,隔震曲线梁桥的动力响应呈现出非平稳特性,且考虑扭转分量的多维非平稳随机激励对隔震曲线梁桥动力响应影响要大于未考虑扭转分量下的;运用经典最优控制以及序列最优控制控制下的隔震曲线梁桥各个方向的的动力响应都有明显的减小,且结构动力响应的非平稳特性也得到了明显的抑制。

强震下多跨连续隔震坡桥非线性地震响应分析

跨海工程中,常采用高、矮墩并存的连续坡桥连接主航道桥与非通航孔桥,墩高的差异导致各墩变形不一致,上部结构惯性力不均匀分布于各墩柱。为探究采用隔震技术时连续坡桥各墩柱的纵向动力响应和失效模式,以某跨海工程中的连续坡桥为例,考虑桥墩材料非线性的影响,在墩、梁连接处设置摩擦摆支座建立桥梁隔震体系,采用曲率延性系数及支座极限容许位移作为桥梁损伤指标,量化坡桥在强震下采用隔震与非隔震体系的抗震性能。结果表明:隔震坡桥与非隔震坡桥相比,基本周期明显延长,隔震坡桥的动力特性与隔震平桥的动力特性基本相近,振型以主梁位移为主,桥墩弯曲变形较小;隔震坡桥的动力响应幅值显著减少,明显改善了高、矮墩惯性力不均衡分布,但其动力响应幅值还是受墩高变化的影响存在一定差异;强震作用下,非隔震坡桥的墩柱先于支座且矮墩先于高墩发生损伤,隔震坡桥的破坏状态与隔震平桥一致,其墩柱及隔震支座均未发生破坏。

隔震曲线连续梁桥铅芯橡胶支座参数优化

为了提升铅芯橡胶支座(LRB)在隔震曲线梁桥中的减隔震效果,该文对LRB力学性能参数进行了优化分析。首先,采用ANSYS建立了某三跨隔震曲线梁桥有限元模型,考虑LRB屈服力、初始刚度及屈服后刚度等性能参数的影响,对该桥进行非线性时程分析,得到了结构关键地震响应随支座力学性能参数的变化规律,并确定了支座参数的合理取值范围。在该支座参数区间内,又以墩底剪力之和为目标函数,基于零阶优化算法,对LRB力学性能参数进行了优化。结果表明:屈服力、初始刚度及屈服后刚度对隔震连续梁桥地震响应有显著影响;隔震支座参数优化后,使得隔震支座峰值位移得到了有效控制,同时不显著增大墩底剪力,且边墩与中墩墩底剪力差值明显缩小,各墩受力更趋均衡。

地震动关键特性对隔震连续梁桥碰撞响应的影响

为考虑地震动特性对隔震连续梁桥顺桥向主梁与桥台碰撞响应的影响,以某三跨混凝土隔震连续梁桥为例,基于ABAQUS建立了考虑混凝土材料损伤及三维接触碰撞的有限元模型。采用12条典型地震动输入,分析了不考虑碰撞时地震动峰值加速度与峰值速度的比值（PGA/PGV）对主梁顺桥向最大位移的影响;并进一步分析了考虑碰撞效应时PGA/PGV对主梁碰撞响应的影响;在此基础上,以一条典型地震动为例,分析了地震动峰值加速度对碰撞响应的影响。结果表明,当不考虑碰撞效应时,主梁顺桥向最大位移随着PGA/PGV的增大而呈现减小趋势;考虑碰撞时,碰撞次数和最大碰撞力的变化具有一定的相似性,但随PGA/PGV的变化并不明显。随着伸缩缝间隙的不同,最大碰撞力随着峰值加速度的增加既可能表现出线性增加的特征,也可能表现出较大波动。