近场地震作用下连续梁桥的动力响应分析

结合工程实例,利用有限元分析软件SAP2000建立3跨连续梁桥有限元模型,模型的桥墩分为高墩和低墩2种情况,基础考虑桩土作用和固结2种情况,研究墩高和桩土作用对桥梁抗震性能的影响。为了模拟近场地震动,选取台湾集集地震的地震动。研究不同桥梁模型在近场地震下的动力特性,结果发现桩土作用延长桥梁结构的周期,没有改变结构的振型特征;墩高可以改变结构的周期,并且也影响结构的振型特征。在近场横向地震作用下,桩土作用和墩高主要影响桥梁跨中的位移、弯矩和墩底弯矩、剪力。     

基于IDA和纤维模型的高墩大跨连续刚构桥梁地震反应分析

基于纤维模型的有限元方法,建立了典型高墩大跨连续刚构桥的非线性数值分析模型.采用动力增量分析法,即IDA方法对结构进行了非线性动力时程分析,分别探讨了在纵桥向和横桥向地震作用下高墩连续刚构桥梁结构的破坏规律、最大位移和最大曲率的关系,高阶振型效应对高墩大跨连续刚构桥墩身内力和变形的影响及位移和曲率沿墩高变化的规律.     

支座对连续梁桥地震反应的影响分析简

基于midas有限元桥梁计算软件,建立三跨连续梁桥模型,确定合适的地震波,计算了某设计桥梁在静载作用下的支座摩阻力和汽车制动力对桥墩影响,通过对三跨连续梁桥不同支座在E1地震力作用下的时程分析法计算,得出了地震作用下的桥墩内力情况.结果表明,在E1地震作用下,结构在弹性范围内,采用减震支座和非减震支座的计算影响差别不大,并且严寒地区桥梁的桥墩强度设计是静力计算控制的.     

空腹式连续刚构桥抗震性能评价

以一座在建的空腹式连续刚构桥为研究对象,采用SAP2000软件建立三维有限元模型,以桥墩的位移延性比为损伤指标,采用IDA法对结构进行地震响应分析。在结构地震易损性分析中,同时考虑了地震动和结构材料参数的不确定性,采用拉丁超立方抽样法形成地震动-桥梁结构样本对,通过大量非线性计算得到了该桥在近场、远场地震作用下的易损性曲线。同时在此基础上进行了全桥在E1和E2水准抗震性能评价。     

近场脉冲型地震动横向激励下附加SCEB双柱式桥墩结构易损性分析

为了研究桥墩结构的震后功能可恢复性,针对附加自复位耗能支撑(self-centering energy dissipation braces, SCEB)双柱式桥墩结构进行基于增量动力分析方法的地震易损性分析,采用最大侧移率和残余侧移率作为性能指标,系统探讨其在近场脉冲型地震动作用下的失效概率.为了对比分析,同时选取60条远场无脉冲型地震动记录对附加SCEB桥墩结构进行了易损性分析.结果表明：在小震作用下,SCEB仅为桥墩结构提供刚度和承载力,在大震作用下还可提供耗能能力,同时可以提供良好的自复位能力;附加SCEB可有效降低桥墩结构在近场脉冲型地震动作用下的失效概率(最大侧移率和残余侧移率),特别是残余侧移率;附加SCEB桥墩结构在近场脉冲型地震动作用下的失效概率大于远场无脉冲型地震动作用下的失效概率.自复位耗能支撑可有效减小桥墩结构的失效概率,提高桥墩结构的抗震性能.     

近断层脉冲型地震动作用下高墩连续刚构桥振动台试验研究

为了研究近断层脉冲型地震动对高墩连续刚构桥抗震性能的影响,以某典型高墩连续刚构桥为原型,设计制作了该桥的1/15缩尺试验模型,利用多子台模拟地震动振动台台阵系统,完成了远场地震动和近断层地震动输入下的对比试验,重点探讨了近断层地震动速度脉冲效应及脉冲个数的影响.研究结果表明:高墩连续刚构桥纵向和横向一阶频率均较小,结构地震响应主要以低频成分为主;近断层脉冲型地震动作用下模型桥的地震响应均大于远场地震动作用下模型桥地震响应的2倍,而近断层无脉冲地震动下模型桥的动力响应略小于远场地震动输入时模型桥的动力响应,为其0.76～0.95;速度脉冲效应使高柔的高墩连续刚构桥主梁瞬时产生较大位移响应(最大值为54.8 mm),极易引起主梁端部碰撞和支座破坏,在抗震设计上应引起重视;速度脉冲个数对高墩连续刚构桥地震响应的影响显著,墩顶位移响应脉冲个数影响系数AF_w为1.46～5.54,其中,多脉冲型地震动作用下模型桥的动力响应最大,单脉冲型地震动作用下模型桥的动力响应次之,而双脉冲型地震动引起的结构响应相对较小.因此,对靠近断层区域的此类桥梁,应考虑近断层地震动速度脉冲效应及其参数变化的影响.     

独柱墩连续梁桥横向减震分析简

独柱墩连续梁桥在城市中常被采用,为使其尽量少地影响地面交通,桥墩墩径应受到限制,桥梁横桥向支座间距减小,地震作用下其稳定性较差.本文应用MIDAS CIVIL有限元软件通过对桥梁上部结构、支座、下部结构的模拟,建立了动力模型.对桥梁采用不同支座进行动力时程分析,计算分析结果表明,在E2地震荷载作用下,铅芯橡胶支座能有效降低地震力对桥墩的横向受力影响.     

大跨径PC斜拉桥地震响应非线性分析

基于大跨径桥梁地震反应分析方法,建立了斜拉桥动力分析空间有限元模型.考虑了几何非线性对结构动力特性及地震响应的影响,以一座大跨径预应力混凝土斜拉桥为研究对象,采用直接积分法对该桥进行了地震非线性时程分析.根据该桥的方案设计,比较了两种塔梁连接方式下结构的动力特性,分析了桩土作用效应对结构地震响应的影响.计算结果表明:在大跨径斜拉桥抗震设计时,应考虑桩土相互作用的影响;人工拟合地震动和相近场地实测地震动记录的计算结果相差较大,在抗震复核中应取最不利荷载作用.     

空间变化地震动激励下高墩大跨刚构桥响应分析

地震响应是桥梁抗震研究中的重要问题。基于随机振动理论及反应谱方法,分析了高墩大跨连续刚构桥梁在平稳地震激励下,地震动空间变化对结构内力的均方根响应的影响。结果表明：不计地震动空间变化时,随机振动分析与反应谱方法本质上是一致的;行波效应和相干损失对连续刚构内力有一定影响,多数情况下,随机振动计算结果要大于反应谱分析结果;...     

冲刷环境下跨海桥梁海陆地震动作用易损性对比研究

现有跨海桥梁抗震分析时仍选用陆地地震动而忽略了海底与陆地地震动间的差异,且处于海洋环境中的桥梁下部结构在长时间流水冲刷下桩周土体流失进而导致结构稳定性降低。本文以某跨海大桥引桥段为例,利用ABAQUS建立有限元计算模型,考虑桩土作用和动水压力等因素影响,采用概率地震需求分析方法对不同冲刷环境下陆地和海底地震动作用下的桥墩、支座进行易损性分析。通过绘制桥墩、支座超越概率易损性曲线和超越概率增幅柱状图研究桥梁关键构件在海、陆地震动和不同冲刷深度下的损伤发展规律。研究结果表明：海底地震动下桥墩对比陆地地震动作用下更易损坏,且随着土体局部冲刷深度增加,桥墩破坏概率持续提高;冲刷深度对桥墩纵桥向破坏超越概率影响更为明显,同等强度地震动激励下,桥墩纵桥向破坏超越概率高于横桥向。支座较桥墩在相同工况作用下更易发生破坏,海底地震动作用下其破坏超越概率增幅普遍高于陆地地震动;随着冲刷深度增加,支座破坏超越概率逐渐提高,且随着地震动强度的增加,相较于陆地地震动,海底地震动作用下支座破坏超越概率受冲刷深度的影响更加明显。     

近断层地震作用下基于位移的抗震设计方法

近断层地震对建筑物常常造成严重的破坏,已引起了土木工程界的广泛关注.为研究其抗震设计方法,选择了35次地震,212组近断层地震记录作为统计样本,根据得到的平均弹性位移反应谱,给出了近断层地震设计弹性位移反应谱表达式,并在此基础上,给出了近断层地震设计非弹性位移反应谱计算公式.又以一悬臂式桥墩设计为例,说明了近断层地震作用下基于位移的抗震设计过程.研究结果表明:文中提出的近断层地震设计弹性位移反应谱与实际地震波平均弹性位移反应谱较为接近,所建议的近断层地震作用下基于位移的抗震设计方法较为简单有效.     

大跨度连续刚架拱桥的地震响应研究

广州新光大桥是世界上第一座三跨连续钢桁拱与钢筋混凝土V型刚构结合的钢-混凝土组合体系桥梁,主桥跨度为(177 428 177)m.以广州新光大桥为例,研究地震动空间变化对大跨度连续刚架-拱组合体系桥梁地震响应的影响.地震空间效应变化考虑了桥梁支点间横桥向和顺桥向多点激励和行波效应,研究结果表明:在不同的地震激励下桥梁的地震响应特征截然不同,地震动的空间变化对主拱肋、V型刚架的影响很大,而对边拱肋的影响相对较小;且随着剪切波速增加,主拱顶相对拱脚的纵桥向位移逐渐减小,而边拱拱顶的纵桥向位移基本不受剪切波速的影响.     

地震动扭转分量对大跨度斜拉桥易损性影响

由于采用现有方法较难获取地震动扭转分量,当前研究往往忽略了扭转分量对大跨度桥梁结构地震响应的影响,然而由于大跨度桥梁的长周期、跨度大等原因导致其往往易发生扭转破坏,现有的研究针对这一方面是十分匮乏的。本文为定量、准确的展现地震动扭转分量的作用效应,以某大跨度斜拉桥为例,采用正态分布拉丁超立方抽样方法,基于OpenSees建立了考虑地震动强度不确定性、材料参数不确定性的15个斜拉桥有限元模型。从PEER地震数据库中选取了15组三向平动、含脉冲效应的近场地震动记录,利用弹性波动理论中的频域法根据地震动平动分量获取相应的扭转分量,并以此分为两种工况对结构进行非线性动力时程分析得到桥梁地震响应。其后,在确定损伤指标的基础上,基于概率需求分析法绘制了桥梁关键构件的地震易损性曲线。结果表明：地震动扭转分量对大跨度斜拉桥易损性影响显著,损伤变化程度与构件种类、损伤方位均有明显相关性。其中桥塔中部截面对地震动扭转分量的敏感程度最高,扭转分量所导致的损伤概率增幅高达22.12%。扭转分量亦对塔底截面和边墩底截面(横桥向)具有较高破坏作用,损伤概率增幅最大值分别达到17.33%和19.45%。针对主梁及其纵向约束构件,地震动扭转分量则使其损伤概率略有降低。     

方向性脉冲型地震动对沉管隧道动力响应分析

为揭示地震动的脉冲效应对沉管隧道动力响应的影响,参考广州佛山沉管隧道建立了一个双向四车道沉管隧道动力分析有限元模型。动力有限元模型中引入了土体的非线性动力本构模型,通过在模型底部水平向输入地震动,对比分析了40组具有方向性效应脉冲型地震动(FD)及相应剔除速度脉冲后的无脉冲地震动(NP)作用下沉管隧道的地震响应。研究结果表明:(1)FD地震动相对于NP地震动对沉管隧道的响应更大(位移、加速度及应力);(2)随着地震动峰值速度(PGV)的增大,结构的响应也都呈现出增大的趋势,同时峰值速度影响系数R较大时,相对应的结构响应脉冲影响系数K也大,说明具有速度脉冲的地震动对结构的响应更大;(3)随着脉冲周期T_p的增大,结构响应的脉冲影响系数K都是先增后减,并且脉冲周期在结构第一自振周期附近区间时,结构响应都较大,说明脉冲型地震动的脉冲周期对沉管隧道的地震响应也有显著影响。     

考虑墩-梁碰撞效应的连续刚构桥系统易损性 与概率地震风险性分析

为研究连续刚构桥主梁与过渡墩碰撞效应对其地震系统易损性和概率地震风险性的影响,以一座主桥跨径为(120+220+120)m的连续刚构桥为研究背景,先通过模拟实际施工过程以获得真实成桥内力状态,然后基于等效荷载法建立考虑该内力状态的动力弹塑性分析模型,再采用Hertz-damp接触模型着重考虑包括主梁与过渡墩碰撞在内的伸缩缝处碰撞效应。选取90条具有速度脉冲的脉冲型近断层地震动沿纵桥向输入,通过时程分析解释了墩梁碰撞过程和破坏机理;采用增量动力分析法,通过考虑桥墩和支座权重系数建立全桥的复合系统易损性曲线,并与一阶界限法串联模型下限和并联模型上限系统易损性曲线进行对比,还将场地危险性函数与易损性函数卷积从而建立概率地震风险曲线,进而考察桥梁系统易损性和概率地震风险性,以及墩梁碰撞效应的影响。结果表明：若忽略过渡墩与主桥梁体的碰撞效应,过渡墩的位移反应将会低估3~5倍,其地震风险性概率低估120%,当地震动强度为0.2g~0.6g时轻微破坏和中等破坏的损伤概率被低估了35%~80%,地震动强度为0.6g~1.5g时严重破坏和完全破坏分别被低估了13%~68%和15%~59%。     

地震动强度及近断层速度脉冲峰值对简支板桥地震响应影响

地震动强度和近断层速度脉冲峰值均为导致桥梁结构震害的主要原因。与其他桥型相比,简支板桥在地震中更容易发生破坏和损毁。作者以在2008年汶川地震中出现严重破坏的高原大桥（预应力混凝土简支空心板桥）为研究背景,探讨大桥所处场地的人工边界分别为自由边界、固定边界、黏弹性边界和黏弹性+阻尼层边界时对计算结果精度、计算效率等的影响。通过ABAQUS建立包含高原大桥及其场地的整体有限元模型,人工边界采用黏弹性+阻尼层边界,并以地震波加速度峰值作为地震动强度指标和人工合成近断层速度脉冲型地震波,分析地震动强度、近断层速度脉冲峰值对简支板桥地震响应影响程度。结果表明：人工边界为黏弹性+阻尼层边界时,可有效减弱边界处的反射效应,计算结果精度基本能满足要求;近断层速度脉冲峰值对结构地震响应的影响比地震动强度更为显著;场地表面加速度峰值随地震动强度提高而增加;近河岸和存在基岩分界面易导致简支板桥局部结构的地震响应加剧;随地震动强度或近断层速度脉冲峰值或地震波位移峰值的增加,跨径变化峰值、相对滑移量和滑移峰值变大;近断层速度脉冲型地震波对桥梁的影响比无脉冲型地震波更为不利。     

近场地震动对桩基础高墩摇摆反应的影响

为明确桩基础高墩自复位隔震装置的适用范围,研究了近场地震动特性对桩基础高墩摇摆反应的影响．以断层距作为识别近场地震动的主要参数来选取地震动,采用两弹簧模拟桥墩的提离摇摆,基于某铁路高墩桥梁,采用非线性时程分析方法,讨论了近场地震动对高墩摇摆反应的影响．结果表明,近场水平地震动显著增大墩顶的摇摆位移,竖向地震动对桩基础高墩的摇摆反应有不利影响．在近断层地震区桩基础高墩应谨慎采用摇摆隔震装置．     

近场脉冲型地震动对钢筋混凝土框架结构影响

目的研究钢筋混凝土框架结构在近场脉冲型地震动作用下的反应特性，给出可用于近场环境估计结构破坏程度的地震动参数．方法从弹性反应谱、结构顶点位移、层问位移比和基底剪力四个方面，与远场地震动作用下结构的反应进行对比．采用计算地震动参数和结构整体破坏指数相关性的方法研究地震动参数用于结构破坏估计的适用性．结果近场脉冲型地震动和远场地震动有着明显的不同，在前者作用下结构的反应明显增大．得到了各参数与结构破坏程度的相关性。结论近场脉冲型地震动中含有较丰富的低频分量，谱值随周期增大衰减较慢．在近场环境峰值地面速度（PGV）和地震动能量密度（Eρ）可用来较好地估计结构的破坏程度．     

2022年泸定地震某隔震建筑内非结构构件震害模拟分析

在2022年9月5日四川泸定地震中，位于震中近断层场地的一栋采用隔震设计的建筑内部非结构构件发生不同程度的破坏。非结构构件作为整体结构经济价值占比重要组成部分，减小其地震损伤对于建筑震后功能恢复至关重要。为此，本文在介绍该建筑内部非结构构件主要震害的基础上，采用二阶段级联分析方法。第一阶段在Etabs中建立一8层框架-剪力墙结构有限元模型，基于实测邻近台站近断层强震记录的非线性地震反应分析，模拟该建筑各楼层地震响应。第二阶段以建筑内部文件柜等常见浮放式非结构构件为原型，在OpenSees中建立零长度转角弹簧模型，基于上一阶段的结构楼面加速度响应作为输入，模拟建筑内部不同尺寸高宽比非结构构件的摇晃与倾覆响应，并同时考虑水平单向输入与水平-竖向双向输入两种方式，以重点考察近断层地震强竖向分量的影响。结果表明，隔震层能有效降低上部结构的水平楼面加速度响应，但竖向楼面峰值加速度相比竖向地面峰值加速度被显著放大；水平与竖向激励同时输入下浮放式设备的摇晃角度与倾覆概率大于水平单向激励输入的情况，考虑竖向激励的作用后会增大浮放式设备的破坏风险。因此，在近断层场地进行建筑抗震设计时，强竖向地面运动对内部非结构构件的影响不容忽视。     

Performance of viscous fluid dampers coupling adjacent inelastic structures under near-fault earthquakes

The behavior of viscous fluid damper applied in coupling structures subjected to near-fault earthquake was studied. The structural nonlinearity was characterized by Bouc-Wen model and several near-fault ground motions were simulated by the combination of a recorded earthquake (background ground motion) with equivalent velocity pulses that possess near-fault features. Extensive parametric studies were carried out to find the appropriate damping coefficient. Performances of viscous fluid dampers were demonstrated by the relationship between the force and displacement, the maximal damper force and stroke. The control performances were demonstrated in terms of the response reductions of adjacent structures. The results show that the dynamic responses of adjacent structures are mitigated greatly. Proper damping coefficients of connecting fluid dampers have a small difference, while adjacent structures under different near-fault ground motions with the same peak acceleration. The maximum force of damper is about 0.8 MN, and the maximum damper stroke is about ±550 mm. Satisfied viscous fluid dampers can be produced according to the current manufacturing skills.