大跨径高墩连续刚构桥地震反应分析

随着我国交通事业的发展,公路刚构桥特别是高墩大跨连续刚构桥在桥梁工程领域得到了迅猛的推广和发展,随之高墩大跨连续刚构桥的地震响应分析问题也日益凸显。文章结合某工程案例,采用通用有限元程序ANSYS,建立全桥空间有限元模型,进行结构地震反应分析,得到此类桥梁的地震响应规律,为连续刚构桥的抗震设计提供参考,为设计人员建立合理的抗震体系,采取有效抗震措施提供依据。     

强震作用下钢筋混凝土结构的数值模拟

强震作用下建筑结构的抗倒塌能力是基于性能抗震设计的核心目标,故对建筑结构在强震作用下的复杂非线性行为特别是倒塌破坏模式进行模拟和预测对于研究建筑物的安全性以及评估地震损失有重大意义。基于目前结构数值模拟的最新研究进展,利用大型通用有限元分析软件MSC.MARC平台,提出可用于钢筋混凝土框架剪力墙结构地震响应分析的弹塑性数值分析模型,并通过一个实际算例演示该分析模型在模拟RC框剪结构强震作用下倒塌过程,表明其可用于RC框剪结构复杂抗震非线性行为的模拟和预测     

强震区大跨高墩连续梁桥抗震性能研究

大跨度高墩连续梁桥的抗震设计,特别是在高强度地震作用下的抗震设计,目前尚无规范可遵循.以国外某大桥为例,建立了全桥的动力分析模型,计算了结构的动力特性和地震响应,针对大桥在强震作用下主梁位移反应过大以及对支座抗剪要求过高的特点,讨论了采用粘滞阻尼器和双曲面球型减隔震支座的减隔震效果,研究结果表明这些措施是有效的,可为同类大跨高墩连续梁桥的抗震设计提供参考.     

非规则钢筋混凝土高墩连续刚构桥地震易损性分析

为了研究非规则钢筋混凝土高墩连续刚构桥的地震易损性,文章以某采用不等高钢筋混凝土高墩的大跨连续刚构桥为研究对象,基于Open Sees软件建立全桥有限元模型,并将地震波输入有限元模型进行增量动力非线性分析,确定易损性曲线。研究表明:碰撞效应降低了2#墩(矮墩)和3#墩(高墩)在各损伤阶段的损伤概率,并且2#墩的损伤概率对地震荷载敏感性更强。在采用不等高钢筋混凝土高墩的非规则钢筋混凝土高墩连续刚构桥抗震设计中,应重视矮墩的抗震性能设计,并综合考虑矮墩和高墩的墩高差对桥梁地震易损性的影响。     

强震作用下大跨度连续梁桥的倒塌破坏研究

近年来,大量的连续梁桥在强烈地震中出现了构件破坏甚至发生了整体倒塌的现象,因此需要对大跨度连续梁桥的倒塌破坏机理进行研究。结合一座大跨度连续钢箱梁桥,本文首先通过LS-DYNA建立了其动力显式有限元模型,然后通过倒塌仿真分析得到该连续梁桥在强震作用下的破坏模式,重点对比分析了不同地震波及其输入作用下的破坏特征。结果表明,在强震作用下,该连续梁桥的桥墩最先发生破坏,且边主跨间的桥墩尤应引起关注;考虑竖向地震后,桥梁的破坏模式发生了改变。     

地震作用下混凝土梁桥连续倒塌过程分析

在地震中发生落梁可导致梁桥连续倒塌破坏.探究地震作用下混凝土梁桥连续倒塌的机理和规律,对于桥梁抗震设计与抗震加固、避免地震中桥梁倒塌破坏有着重要的意义.采用最新的材料本构、合理的结构数值模型及结构碰撞模型,利用有限元软件ABAQUS分析了一座四跨连续梁桥.分析结果很好地模拟了这座梁桥在地震作用下发生连续倒塌的全过程,落梁导致邻近桥墩破坏,其余桥墩及梁跨结构倾斜,引起远端落梁,桥墩接连破坏,最终桥梁全部倒塌.分析结果显示桥墩底部和中部系梁连接处的破坏较严重,应该进行针对性的抗震设计或加固.     

大跨刚构-斜拉组合桥三重非线性地震响应分析

刚构-斜拉组合梁桥为新型组合桥梁结构,非线性抗震分析参考资料较少,本文以某刚构-斜拉组合梁桥为例,给出了结构抗震及隔震非线性行为的分析方法,引入钢筋混凝土压弯构件武田三线性骨架曲线恢复力模型,运用Fortran语言编制了钢筋混凝土的N-M-φ关系曲线计算程序,编程计算出钢筋混凝土的N-M-φ关系曲线,在考虑桩土耦合作用的基础上进行了刚构-斜拉组合桥的弹塑性、几何非线性及边界非线性地震响应分析,其分析结果为同类桥梁的抗震设计提供了参考。     

桥梁抗震概念设计的应用研究

阐述了抗震概念设计的基本含义，针对拱桥结构体系进行地震响应分析，从结构自身的动力特性着手，对其抗震概念设计进行了探讨，分析研究显示，合理选择伸缩缝的设置位置，可以显著改善全桥结构的抗震性能。     

CFST框架-SPWS结构的地震响应分析

对一按8度抗震设防的钢管混凝土框架-带竖缝钢板剪力墙结构(简称CFST框架-SPWS结构),基于LS-DYNA有限元程序对其进行了常遇地震作用下的动力响应分析,及罕遇地震作用下的倒塌分析。同时,进行了无带竖缝钢板剪力墙的框架结构在相应地震作用下的动力响应分析及倒塌分析。对比分析结果表明:钢管混凝土框架-带竖缝钢板剪力墙结构具有良好的抗震性能,在较高水平地震作用下,其结构局部破坏总是先于钢板剪力墙中出现,从而阻止或延缓了结构其他部位的破坏;钢管混凝土框架-带竖缝钢板剪力墙结构的抗倒塌能力明显强于不带钢板墙的结构,且在相同的地震作用水平下,有剪力墙结构的层间侧移明显小于无剪力墙结构。     

不同结构体系下大跨三塔斜拉桥地震响应研究

为研究大跨度三塔斜拉桥采用不同结构体系时的地震响应,以某主跨616m的三塔斜拉桥为工程背景开展地震响应分析。通过有限元软件ANSYS,分别建立漂浮体系、支承体系和刚构体系3种结构体系的全桥空间有限元模型,采用桥位处纵、横及竖向人工加速度时程曲线为地震激励,通过非线性动力时程分析得到不同结构体系下桥梁位移及内力响应。综合主塔塔顶位移、主梁跨中位移及塔底内力对该桥不同结构体系方案进行对比研究。计算结果表明:不同结构体系对3塔斜拉桥构件的地震响应的影响不同,支承体系比较有利于大桥的结构抗震。     

Reliability-based capacity design for reinforced concrete bridge structures

In the seismic design of reinforced concrete (RC) bridge structures, there should be no brittle failures, such as shear failures, in the components, and a plastic hinge should be formed at the bottom of the bridge pier. These are important concepts in capacity design to guarantee the safety of bridges subjected to severe earthquakes. These concepts can maximise post-event operability and minimise the cost of repairing bridges after a severe earthquake. In this article, a reliability-based methodology to carry out capacity design with partial factors is proposed and applied to the seismic design of RC bridge structures. This ensures that (i) all of the components undergo the desired ductile failure mode, (ii) the damage due to an earthquake is induced only at the bottom of the bridge pier and (iii) the probability of failure is at most equal to a specified value.     

无伸缩缝桥梁动力特性与抗震性能研究

以福建某简支梁桥为研究背景(该桥在实际工程中已被改造为半刚性整体桥),采用MIDAS/Civil软件将原简支梁桥改造为整体桥、半整体桥与延伸桥面板桥,分别建立了5座桥的全桥有限元模型,分析了它们在地震荷载下的受力差异。结果表明:简支梁桥在地震荷载作用下易引起主梁在桥台处的落梁现象,而无缝桥可有效防止该现象的发生,其中的整体桥表现出更优的抗震性能,更适用于强震区; 在地震荷载作用下,无缝桥与简支梁桥的桩基有效作用长度均在0～10D(D为桩径)埋深范围; 整体桥桩基在大震作用下的受力性能较好,可更好地保护桩基不被破坏; 延伸桥面板桥与传统简支梁桥台底桩身受力相近,其设计可参考现行有缝桥设计规范; 无缝桥与传统简支梁桥的墩底弯矩均最大,在该处易形成塑性铰; 纵桥向地震荷载作用下,简支梁桥与延伸桥面板桥的主梁受力最不利位置分别出现在跨中与墩顶处,而整体桥、半刚性整体桥与半整体桥出现在台顶处,其受力不利部位在设计中应引起重视; 该研究结果可为无缝桥的设计计算与相关规范的制定提供参考。     

反应谱离散性对梁桥概率地震需求预计的影响

以一座三跨非规则钢筋混凝土连续梁桥为例,选择2组实际地震波作为输入地面运动,通过IDA分析探讨地震波反应谱的离散度对于梁桥结构概率地震需求预计的影响,得到以下结论：实际地震波的反应谱离散度与桥梁结构概率地震需求预计的离散度密切相关;针对基于概率理论的PBEE和PBSD,合理的选择实际地震波进行动力分析,可以使地震需求的概率分布更加符合实际情况,提高概率地震需求预计、易损性曲线等计算结果的精确性和计算效率。     

Seismic design of highway bridge foundations with the effects of liquefaction since the 1995 Kobe earthquake

The seismic design of highway bridges has been improved through the lessons learned from earthquake damage and advances in earthquake engineering. The Design Specifications for Highway Bridges, including a volume on seismic design, have been revised three times since the 1995 Kobe earthquake. This report presents the major changes and improvements in the seismic design techniques for highway bridge foundations with the effects of liquefaction and their background since the 1995 Kobe earthquake. Particular emphasis is placed on the liquefaction potential assessment, ductility design of pier and abutment foundations for liquefaction, and seismic design of pier foundations for liquefaction-induced ground flow.     

考虑橡胶支座随机性下隔震与非隔震近海桥梁地震易损性对比

针对目前在隔震桥梁地震易损性分析中隔震支座性能参数随机性研究薄弱、从失效概率的角度开展隔震与非隔震桥梁对比研究缺乏的现状,详细统计分析了橡胶隔震支座力学性能参数的不确定性,建立了近海隔震与非隔震桥梁非线性动力分析模型。在考虑支座参数、地震动及桥梁结构不确定性的基础上,利用拉丁超立方抽样分别生成90个结构-地震动样本对。利用Sap2000有限元软件对每个样本对进行非线性动力时程分析,通过对大量数据的回归分析,得到桥墩、支座的易损性曲线,进而对隔震前后结构的地震易损性进行了对比分析。结果表明：在同一破坏等级相同地震作用下,非隔震桥墩的失效概率大于隔震桥墩,非隔震支座破坏的概率大于隔震橡胶支座|采用隔震技术后,桥墩发生严重破坏和倒塌的概率极低,震后可修复的概率很大|而非隔震桥墩发生严重破坏的概率最大,说明其震后可修复的概率很小而产生不可修复损伤的可能性极大。     

钢筋混凝土桥墩基于位移的抗震设计方法

通过改进能力谱法,给出了一个可以实现“小震不坏、中震可修和大震不倒”多级性能目标的钢筋混凝土桥墩直接基于位移的抗震设计方法。首先以钢筋和混凝土的应变幅值建立了钢筋混凝土桥墩不同破损极限状态的量化准则,并基于曲率延性系数和位移延性系数关系转化为墩顶位移的表述形式。再以屈服位移和位移延性系数作为设计参考变量,采用屈服谱加速度和屈服位移(Ay-Dy)格式的地震需求谱求解系统在不同风险水平地震作用下的反应。最后以能力设计原理保证桥墩截面的抗剪强度需求。通过一个具体设计算例说明了建议方法的可行性。     

跨倾滑正断层桥梁地震响应数值模拟

为揭示跨倾滑正断层桥梁的地震响应规律，以海文大桥跨断层引桥为研究对象，根据地震震级和断层参数间的关系构建了铺前-清澜断层的物理模型，并基于空间随机场模型生成该断层滑动的空间非均匀分布；采用基于断层破裂物理过程的地震动混合模拟方法生成断层两侧可能发生的最大永久位移地震动；同时，采用OpenSees建立了全桥三维动力有限元模型，分析了永久位移地震动频带、桥梁与断层相对位置、竖向地震动及减隔震方法对该桥地震响应的影响规律。研究结果表明：所采用的地震动模拟方法可以合理考虑断层断裂的复杂性，生成地震动的反应谱在短周期段和设计反应谱吻合良好，在长周期段具有显著的滑冲效应特征，可有效模拟断层两侧的永久位移地震动;在跨断层桥梁地震响应分析方面，断层错位和高频带地震动对跨断层桥梁地震响应均有较大的贡献，跨断层桥梁地震响应分析须采用具有永久位移的宽频带地震动作为地震动输入，仅采用高频带地震动或者采用断层错位进行静力分析均会低估桥墩的地震响应；而位于断层同侧的桥梁主要受高频地震动的影响，跨断层桥梁的地震响应远大于断层同侧桥梁的响应；不考虑竖向地震动会低估跨倾滑断层桥梁纵桥向的地震响应，且跨径越小竖向地震动的影响越大，在进行跨倾滑断层桥梁抗震设计时，应选取较大跨径的简支梁桥来减轻竖向地震动的影响。同时，合理的限位拉索设计可利用桥墩的抗震能力明显改善跨断层桥梁的支座变形，减小因断层错位引起的桥梁损伤。     

基于不同隔震体系的预制拼装桥墩桥梁结构 地震响应分析

为了研究预制拼装桥墩桥梁结构的地震响应,基于OpenSEES有限元分析软件建立墩顶隔震和墩底隔震的预制拼装桥墩连续梁桥分析模型; 通过分析桥梁模型在3组不同强度、不同特性地震动激励下的动力特性、位移、内力、残余位移、预应力筋预应力、接缝压力等参数的变化,对隔震体系的隔震效果进行评估并给出了墩底隔震桥梁的设计建议。结果表明:预制拼装桥墩连续梁桥采用墩顶隔震体系和墩底隔震体系均可以大幅减小桥梁在地震中的位移和内力,延长桥梁自振周期; 采用墩梁固接、墩底隔震的桥梁结构相比于直接采用隔震支座连接墩梁的桥梁结构具有更长的自振周期、更小的震中位移和墩顶残余位移,表现出更好的隔震效果,在大地震中墩底隔震体系隔震优势更加明显; 采用墩底隔震体系的桥梁预制拼装桥墩会有更大的预应力变化、预应力损失和接缝竖向压力,因此隔震支座也应具备更高的性能。     

近场地震作用下深水桥墩的地震响应分析

近场地震以具有较大的PGV／PGA值及明显的速度脉冲为主要特征,本文分析了不同类型的近场地震对深水桥墩地震响应的影响;采用Morison方程的基本理论,将水视为附加质量,利用有限元方法来分析动水压力对深水桥墩地震响应的影响。通过计算分析得出：具有较大PGV／PGA值的近场地震波会引起桥墩结构较大的地震响应;动水压力对桥墩结构的地震响应有显著的影响,同时近场地震的速度脉冲效应会进一步增大动水压力对深水桥墩地震响应的影响;在矩形深水桥墩设计中,要考虑截面形状效应的影响,选择合适的D／B值。