考虑板式支座滑移的中小跨度梁式桥振动台试验

基于汶川地震中小跨度梁式桥普遍出现的板式橡胶支座滑移典型震害,采用大比例全桥振动台试验手段探究了考虑板式支座滑移对该类桥梁抗震性能影响。以一座25m跨径的标准简支T梁桥为例,设计了1/4缩尺比的全桥试验模型,选取一条近场脉冲型实际地震动记录作为振动台试验输入,对不同墩梁横向约束体系的结构开展了一系列振动台试验研究。试验结果表明：①强震作用下板式橡胶支座与梁底间会出现摩擦滑移效应,从而在一定程度上对下部结构起到隔震作用;②在地震动较小时,常规横向混凝土挡块可以起到一定限位效果,但在强震作用下,随着板式橡胶支座开始发生滑移,混凝土挡块的限位效果逐渐减弱,同时混凝土挡块还会造成下部结构较大的地震损伤;③新型弹塑性挡块具有良好稳定的滞回耗能能力,可有效控制强震作用下墩梁间最大相对位移需求,减低其震后残余位移,同时弹塑性挡块的屈服还可避免下部结构造成严重地震损伤。     

强震下支座形式对曲线梁桥地震响应的影响

针对强震作用下曲线梁桥地震响应较大、纵横向响应耦合等问题,本文结合三跨曲线连续梁桥的工程实例,研究强震下采用不同减隔震支座对曲线梁桥地震响应的影响。建立全桥三维有限元模型,利用非线性时程分析方法,对比分析了采用球型抗震钢支座、铅芯橡胶支座和拉索减震支座的曲线梁桥在强震下的支座力学特性、墩底内力及墩梁相对位移。结果表明:强震作用下,三种减隔震支座对减小曲线梁桥墩底内力作用的效果均较好;拉索减震支座的限位作用更加明显,落梁风险小;曲线梁桥纵横向地震响应表现出了明显的耦合特性,相比于另两种支座形式,拉索减震支座能够显著减小曲线梁桥位移响应的耦合效应。     

简支梁桥铅芯橡胶支座减震特性研究

以一座4×40m简支T形梁桥为例,对常规非隔震设计的板式橡胶支座和减隔震设计的铅芯橡胶支座(LRB)进行对比分析,比较了2种支座设计下桥梁结构的动力特性以及采用隔震设计后桥梁结构内力、位移响应与非隔震设计的差别。在其他条件一致前提下,研究了铅芯橡胶支座的力学参数对减隔震效果的影响。研究结果表明:铅芯橡胶支座较板式橡胶支座设计的桥梁可以延长结构的周期;设计的铅芯橡胶支座具有明显的减震效果,铅芯橡胶支座可以大幅度减小各墩墩底剪力及墩底弯矩,各墩所受地震力重新合理分配且受力趋于平衡;同时在减隔震设计中,只考虑增大铅芯橡胶支座的型号反而会给桥梁下部结构带来不利的影响。     

限位装置对滑动摩擦隔震桥梁地震反应的影响研究

为防止滑动摩擦隔震桥梁位移过大对临跨造成不利的影响,可在桥墩上设置限位装置限制墩梁相对滑动位移,降低滑动摩擦隔震桥梁的纵向位移。本文提出了滑动摩擦隔震支座和限位装置同时使用的抗震构造措施,利用滑动摩擦隔震支座降低固定墩的地震反应,利用限位装置降低墩梁相对滑动位移。建立了同时考虑支座滑动摩擦非线性、限位装置接触碰撞及其材料非线性和桥墩材料非线性的桥梁结构非线性地震反应分析模型,改变活动支座摩擦系数、限位装置与梁体之间的碰撞初始间隙等参数,进行了非线性时程反应分析,针对限位装置对滑动摩擦隔震桥梁的非线性地震反应的影响进行了综合分析。研究表明,限位装置对于限制滑动摩擦隔震桥梁的梁部位移、均衡地震动输入能量在各墩之间的分配有着较大的作用。设计时可通过详细的有限元分析,改变限位装置的间距、刚度等设计参数,使限位装置起到降低滑动摩擦隔震桥梁的纵向位移而不显著增加固定墩地震反应的作用。     

人字形曲线梁桥振动台试验研究和分析

地震作用是造成桥梁破坏的重要因素之一,设计并制作了一座相似比为1/20的人字形曲线梁桥模型,并对人字形曲线桥梁进行振动台模拟地震试验。主要分析和研究模型桥梁的梁体和桥墩的震害、加速度和位移响应。研究结果表明:梁体和桥墩没有出现较大的震害,说明整体抗震性能良好;曲线梁径向加速度响应较切向加速度响应大,说明桥墩和曲线梁发生了扭转现象,应设置横向抗震挡块或抗扭支座,曲线梁较直线梁的加速度响应先小后大,体现了曲线梁动力响应的复杂性;桥墩和梁体相对位移随着地震烈度的增大而增加,为了防止梁体之间的碰撞而导致倒塌现象,应设置纵向限位装置。     

新型双重挡块构造及地震反应分析

在地震动下,桥梁结构最为严重的破坏形式为由于梁体的横向位移过大而引起的落梁。在横桥向,为了防止落梁的发生,通常设置抗震挡块。现行的大部分抗震挡块都是单道防线措施,在地震作用下通常仅起到限位作用,为构造措施。文章根据"多道防线、功能分离"的思路设计出新型的双重抗震挡块,使其既能限制主梁的过大位移又能起到消耗能量的作用。采用抗震分析软件Opensees以最普遍的简支梁桥为研究对象,探究耗能挡块刚度、挡块与主梁的间隙对双重挡块耗能性能的影响。     

高铁隔震桥梁横向限位装置的研究

我国属于地震多发的国家,在地震作用下,隔震桥梁可能发生落梁。基于摩擦摆支座隔震装置,在大震作用下,为减小支座的位移,需要在横桥向加横向限位装置,但因限位装置参与桥梁受力,改变桥墩受力模式。为分析限位装置的作用,采用非线性时程分析方法进行研究,对比得出:加了限位装置能有效地减小墩梁相对位移,但增加了桥墩的地震影响。     

支座摩擦滑移和挡块力学性能退化影响下#br# 桥梁易损性研究

为探究支座摩擦滑移和挡块力学性能退化的共同作用对桥梁墩柱及支座在地震作用中的影响,通过板式橡胶支座往复荷载试验,建立可以考虑摩擦滑移的支座计算模型,并结合挡块模型,对同时考虑支座摩擦滑移和挡块力学性能退化的桥梁进行地震损伤分析。利用易损性曲线的方法对近、远场地震作用下,桥梁墩柱和支座的损伤概率进行分析,结果表明：板式橡胶支座摩擦滑移会降低支座的力学性能;仅考虑支座摩擦滑移而不考虑挡块限位作用时墩柱损伤概率较低,支座的损伤概率较高;当支座摩擦与挡块退化共同作用时,会增加支座的损伤概率,降低墩柱的损伤并且由于挡块力学性能退化的特性,可能造成挡块和梁体的损坏。     

简支梁人行天桥三维地震响应分析

研究表明,采用板式橡胶支座的中小跨径桥梁抗震性能较差。为了探究采用板式橡胶支座的简支梁人行天桥的地震响应特性,以某典型混凝土简支梁人行天桥为研究对象,采用SAP2000建立有限元动力分析模型,进行非线性时程分析,研究了竖向地震动对简支梁人行天桥地震响应的影响,探讨了采用板式橡胶支座的简支梁人行天桥在地震中存在的问题。结果表明:采用板式橡胶支座的简支梁人行天桥抗震性能较差,在罕遇地震中极易发生过大的梁墩相对位移而导致落梁;桥墩地震响应较小,抗侧能力发挥有限;竖向地震动对采用板式橡胶支座的简支梁人行天桥产生不利影响,必须进行三维地震响应分析才能较准确地反映其地震响应情况。     

简支梁桥采用减隔震装置后抗震性能分析

介绍了桥梁隔震的概念。以3座不同柱高的城市高架桥工程为实例,分别采用板式橡胶支座和铅芯橡胶支座隔震装置。研究采用隔震装置的高架桥地震反应计算表明:随着立柱的高度增加,结构的柔性增大,桥梁的抗震性能也越好;采用铅芯橡胶支座后,桥梁地震响应明显降低,桥梁抗震性能显著增强。以上海软土地基为基准刚度,研究了基础弹性刚度对采用铅芯橡胶支座桥梁地震响应的影响。结果表明:当基础弹性刚度小于基准值的5倍时,应考虑基础的弹性影响;当刚度大于基准值的5倍时,其影响甚微。     

Design of Rupture Strength of Side Blocks in Elevated Steel Girder Bridges with Elastomeric Bearings

Elastomeric rubber bearings with side blocks have been extensively used as a seismic response-control device in steel girder bridges in Japan. In real scenarios, the behavior of the girder bridges with elastomeric bearings are usually complex because of the complex mechanism by which the seismically induced inertia forces at concrete deck transmits to the girder bearings. Therefore, it is important to carry out seismic response analysis of a whole bridge system considering the interaction between different structural components in order to check the performance of the side blocks during an event of severe earthquakes. The objectives of the present study are to develop a detailed three-dimensional finite element (FE) model of an elevated girder bridge system and to propose a design rupture strength for the side blocks. The FE-model is constructed based on an existing plate girder bridge considering the effect of concrete slab, girders, stiffeners, rubber bearing, pier and the damage control by the side blocks. A sequence of seismic response analysis is then performed using four different rupture forces of the side blocks by considering the Level-2 design earthquake, the 1995 Kobe earthquake and the 2016 Kumamoto earthquake. The analytical investigation reveals that the side blocks should be designed to withstand a horizontal force of at least 1200 kN in order to prevent the rupture of the side blocks and to mitigate damage of bridge piers. Moreover, the damage to the critical parts of bridge superstructure can be mitigated by strengthening the side blocks. Based on the analysis results, a retrofit plan to strengthen the side blocks of existing girder bridges is proposed.

     

简支梁桥抗震设计的研究--以江苏宿迁桥抗震设计为例

本文介绍了采用橡胶支座的简支梁桥抗震计算的理论、方法及抗震措施 ,并以江苏宿迁桥梁抗震设计为例 ,分析纵桥向、横桥向地震作用计算过程。计算结果表明 ,江苏宿迁桥梁在地震时 ,下部设计由地震作用控制 ,纵桥向、横桥向水平力均较大。研究结果表明 ,桥梁设计应在详细的调查基础上 ,把合理的抗震设计和有效的抗震措施结合起来 ,方可得到好的效果     

连续梁桥基于位移的抗震设计

在强震作用下,结构的位移比力更能直接反映结构的破坏状态。因此近年来,基于位移的抗震设计方法受到越来越多的重视与发展。该设计方法要求把多自由度结构转换为等效的单自由度模型(包括等效的刚度、等效阻尼及等效延性等)才能进行抗震设计。本文以连续梁桥为例,基于所建议的位移形状函数,推导了位移形状函数与桥梁跨度及刚度(墩高)的关系;在此基础上,提出了多自由度连续梁桥的等效单自由度模型,并以对称和不对称的连续梁桥为例,分别给出了基于位移的抗震设计步骤。由于设计步骤中考虑了塑性铰的屈服机制,可以看出对此两种结构其设计步骤本质上是相同的,且不需要迭代。     

Seismic response of a continuous bridge with bearing protection devices

Unseating of bridges during earthquakes results from the failure of bearings and insufficient seat length. In case of elastomeric bearings, large deformations of the superstructure occur, under severe earthquake ground motions and additional protection measures are necessary. The combination of a displacement restraining device with the elastomeric bearing can prevent bearing failure. This paper evaluates the performance of four different types of protection devices to limit the displacement of the superstructure during earthquakes: (1) rigid stopper device, (2) yielding stopper device, (3) steel restrainer, and (4) superelastic shape memory alloy (SMA) restrainer. Analytical models for all the protection devices have been developed and seismic response of an existing bridge with elastomeric bearings and different protection devices has been evaluated for five strong ground motion records scaled in the frequency domain. The results show that all the protection devices have comparable performance in preventing the failure of bearing during an earthquake.     

中小跨径桥梁抗震的概念设计与构造措施

为改善中小跨径桥梁的抗震性能,总结了青海玛多地震、汶川地震等震害,阐述了合理的抗震概念设计以及合适的构造措施,基于“多道设防,分级耗能”“一可三易(损伤部位及损伤程度可控、损伤部位或构件易检、损伤部位或构件易修、损坏部位或构件易换)”的桥梁抗震理念,提出将支座作为“保险丝式单元”的桥梁抗震概念设计。针对中小跨径简支梁桥易发生落梁震害,提出了适当增加盖梁宽度和横向设置双层挡块的抗震构造设计,建议在进行桥梁抗震设计和抗震评价时,统一抗震构造措施,不应再按照烈度(或基本地震动参数)划分桥梁抗震构造设计。从结构基本周期和频谱成分的角度,总结并分析了玛多地震中结构相似的相邻桥梁发生不同震害的原因。研究成果可为同类工程的抗震设计与评价提供参考。     

地震作用下双曲面球型减隔震支座在铁路#br# 简支梁桥中的动力行为

为研究双曲面球型减隔震支座在铁路简支梁桥中的减隔震效果,采用ABAQUS软件建立8m及25m墩高的铁路简支梁桥有限元模型,进行地震荷载作用下的非线性动力时程分析。通过对有限元计算结果与振动台模型试验结果进行对比,验证有限元模型的正确性。与普通球型钢支座作对比,分析地震作用下双曲面球型减隔震支座的水平滑动位移、竖向位移和竖向荷载变化等动力行为。研究得到双曲面球型减隔震支座在不同地震烈度下的水平滑动位移范围。研究结果表明：相对于普通支座,双曲面球型减隔震支座在大多数情况下,能明显减小顺桥向地震作用造成的简支梁固定端与滑动端之间的竖向相对位移,对轨道结构造成的不利影响更小;双曲面球型支座能显著降低横桥向地震作用造成的支座竖向荷载变化幅值,并有效避免支座滑动面发生脱离碰撞。     

中小跨径公路桥梁抗震设计理念

总结汶川地震中不同桥型的性能表现,重点比较简支梁桥与连续梁桥、梁桥和拱桥的受损情况,并基于实际震害经验,提出桥型选择的一些原则;基于抗震计算无法得到结构响应精确值的事实,建议抗震设计中采取"多道设防,分级耗能"的抗震设防理念,重点讲述保险丝式单元的应用,提出桥梁抗震设计的"一可三易(可控、易检、易修、易换)"原则,即"损伤部位及损伤程度可控,损伤部位易检,损伤构件易修,破坏构件易换",基于"多道设防,分级耗能"和"一可三易"原则,建议中小跨径梁桥在破坏性地震作用下,支座作为保险丝式单元优先损坏,桥墩可出现易修复的塑性铰,桩基不能损伤。最后对一个实际工程,阐述孔跨布置的选择理念、桥墩抗剪能力的计算过程及双层抗震挡块的构造措施。研究成果可解决实际桥梁抗震设计工作中的部分问题。     

基于有限位移的中小跨径梁式桥抗震概念设计

以中小跨径梁式桥的抗震设计方法为研究对象,对汶川地区的中小跨径梁式桥进行了系统、全面的震害调查,总结了梁式桥的震害形式,采用统计分析的方法分析了各类构件的损伤情况,探明了汶川地震中梁式桥具有主梁移位多、支座、挡块震害多、桥墩震害少、主梁落梁少的显著特点;通过振动台试验和数值模拟方法,对梁式桥梁震害的机理进行了研究。结果表明,主梁与板式橡胶支座间的相对滑动起到隔震作用,减小了桥墩的地震内力响应,明显减少了桥墩震害,桥面连续协调了主梁位移,桥台约束了主梁的纵向位移是汶川地震中落梁少的主要原因。根据中小跨径梁式桥震害分析和机理研究,提出了利用主梁与支座间产生有限相对滑动、减小上部结构加速度响应,减少桥墩损伤的抗震设计概念。     

城市桥梁地震反应中防碰撞措施分析

在地震过程中城市桥梁上部相邻结构的碰撞,不仅使结构受损,甚至发生倒塌,这是地震工程研究领域一个关键而又难以解决的问题。给出各国规范对于落梁防止装置的规定,通过对工程实践中常采用的防碰撞措施进行分析,改进了常用的拉杆装置、落梁防止装置的设计方法,给出了简化的计算方法,可以更好的应用到工程实践中。     

连续梁桥减、隔震体系的优化设计

本文根据连续梁桥减、隔震体系设计的特点,建立了桥梁减、隔震体系优化设计公式,实现了应用结构最优化设计理论设计桥梁减、隔震支座动力控制参数,使得桥梁墩、台所受到的地震水平力最小的同时满足小震作用下桥梁结构保持弹性;强震作用下减、隔震支座发生弹塑性变形耗散地震能量的减、隔震设计思想.通过编制的桥梁减、隔震体系优化设计程序,对连续梁桥减、隔震体系优化设计进行了算例分析,得出了一些有用的结论.