预应力双柱式摇摆墩结构体系摇摆谱分析EI北大核心CSCD

摇摆桥墩的损伤和残余位移小,具有良好的震后可恢复性。以预应力双柱式摇摆墩结构体系为研究对象,考虑预应力筋对摇摆刚度的影响,基于拉格朗日方程和动量矩守恒定理给出预应力双柱式摇摆墩的刚体动力分析模型,并进行脉冲型地震动作用下的摇摆谱分析。研究结果表明:在长周期脉冲地震动作用下,预应力筋可以有效减轻低墩的地震反应;随着桥墩高度的增加或地震动频率的增加,预应力筋对桥墩地震反应的影响降低,桥墩依靠自身转动惯量抵抗地震作用;负摇摆刚度既可有效避免桥墩的倒塌,又能减轻脚点处的局部损伤,可在摇摆墩设计时采用。     

摇摆双层桥梁地震反应及抗倒塌能力分析

针对常规延性设计的现浇双层桥梁在地震损伤控制方面的不足,该文提出一种摇摆双层桥梁结构。采用拉格朗日方程和动量矩定理建立了可计算该类摇摆桥梁结构动力反应的刚体分析模型,分析了结构的地震反应,探讨了桥墩宽高比和桥墩尺寸参数等模型参数对其地震反应的影响,并采用脉冲近场地震动数学模型Ricker小波对结构的抗倒塌能力进行了定性和定量的分析。研究结果表明:在横桥向地震作用下,采用工程实际尺寸的摇摆双层桥梁结构在E2地震水准下未发生倒塌且上层结构未见塑性损伤;与远场地震相比,脉冲近场地震更易使结构发生倒塌;给出了结构在Ricker小波作用下的倒塌加速度谱和倒塌模式,结构抗倒塌能力随着桥墩宽高比和桥墩尺寸参数的增大而显著提高。     

摇摆桁架-钢框架结构的刚度比需求及地震响应分析

摇摆墙体系作为一种具有良好工程应用前景的新型结构形式被越来越多的工程人员所接受,但其自重大、易开裂、增大结构质量等问题一直困扰着广大科研人员。考虑到传统的摇摆墙体系的诸多不足,该文提出了摇摆桁架-钢框架体系,并对摇摆桁架的设计方法进行了探索与研究,给出了基于需求刚度比的设计建议。基于小、中、大震作用下的时程分析,对耗能构件的能量耗散以及累积位移延性进行了分析,研究了摇摆桁架-钢框架体系塑性铰形成过程以及结构的地震失效模式。结果表明,采用摇摆桁架-钢框架体系能显著改善、优化和控制钢框架结构的地震失效模式,提高结构的抗震性能。摇摆桁架体系作为-种新型摇摆结构,其功能可恢复性明显高于传统的抗震设计结构。     

曲线桥梁漂浮抗震体系地震模拟振动台试验及有限元分析

针对曲线桥梁地震中损毁严重、修复困难等问题,提出曲线桥梁漂浮抗震体系基本概念、结构组成及设计方法,并探讨其工作原理。将漂浮抗震体系概念、方法用于制作的1/20曲线桥梁模型进行地震模拟振动台试验及有限元分析。结果表明,该模型桥梁在地震发生后桥墩顶加速度峰值较墩底降低率最大为24.6%,梁体在桥墩上部成漂浮状态能减小桥墩受力;试验过程中模型未倒塌,表明该体系抗震性能良好,可用于高烈度抗震地区的曲线桥梁设计。     

双段消能摇摆结构体系的地震反应特性研究

单段消能摇摆结构体系通过刚度较大的摇摆结构,能够控制主体结构均匀变形,遏制薄弱层产生。当结构高度较高时,单段摇摆结构的抗弯刚度较难满足抗震设计需求,单段消能摇摆结构体系不适用于高层建筑。基于此,提出了将单段摇摆结构划分为双段、并于分段位置处布设位移型阻尼器的双段消能摇摆结构体系。双段摇摆机制可以抑制薄弱层产生,降低摇摆结构的抗震设计需求。阻尼器能够消耗地震能量,进一步降低结构的地震反应。以双段消能摇摆钢桁架-框架结构为对象,分析对比了支撑-框架结构、单段消能摇摆钢桁架-框架结构、单段摇摆钢桁架-框架结构以及双段摇摆钢桁架-框架结构的抗震性能。采用OpenSees软件建立弹塑性有限元分析模型,进行了弹塑性抗震分析以及增量动力时程分析。研究表明,双段消能摇摆结构体系具有良好的抗震性能与可恢复性能,相比单段消能摇摆结构体系,可以进一步减小结构地震反应和摇摆结构抗震设计需求,该体系能应用于更高的建筑。     

带剪切连梁双柱式桥墩地震响应特性振动台试验研究

为了研究剪切连梁对双柱式桥墩地震响应的影响,该文将双柱式桥墩和带剪切连梁双柱式桥墩置于全桥模型中开展振动台试验研究,其中带剪切连梁双柱式桥墩沿墩等间距附有5根剪切连梁。因此设计了一座几何相似比为1/70且包含桥墩(含双柱式桥墩和带剪切连梁双柱式桥墩)、主塔、主梁、群桩和模型土等在内的斜拉桥试验模型并开展振动台试验,比较研究人工波、El Centro波和Mexico City波等不同频谱特性地震作用下双柱式桥墩和带剪切连梁双柱式桥墩的地震响应特性。试验结果表明:与双柱式桥墩结果相比,在人工波、El Centro波和Mexico City波作用下,带剪切连梁双柱式桥墩的墩底最大应变明显减小,表明附加的剪切连梁可有效降低墩柱的弯矩应变响应,实现了剪切连梁起分散墩柱受力的作用;与振动台输出最大加速度相比,三条地震波作用下带剪切连梁双柱式桥墩的墩底加速度放大1.4倍~1.8倍,表明桩-土-结构相互作用对纵向加速度产生不利影响,具有明显放大效应;地震输入的频谱特性明显影响双柱式桥墩和带剪切连梁双柱式桥墩的加速度、位移和应变等地震响应,且其影响程度取决于地震输入卓越频谱与结构频率特性之间的相关关系。     

装配铅挤压阻尼器的摇摆-自复位双柱墩抗震性能及设计方法

为发展具有损伤可控和自复位性能桥梁双柱墩,选取铅挤压阻尼器(lead-extrusion dampers, LEDs)为可更换耗能装置,并通过预应力筋提供自恢复力,组成摇摆-自复位(rocking self-centering, RSC)双柱墩体系(RSC-LEDs);通过对其抗震性能的研究,对应发展了一种基于等能量设计流程(equivalent energy-based design procedure, EEDP)的设计方法。首先建立了RSC-LEDs双柱墩的数值分析模型,结合一RSC双柱墩试件的拟静力结果验证了建模方法的正确性。在此基础上,定性分析了阻尼器出力、初始预张拉力、无粘结预应力筋配筋率、上部结构重量及盖梁-墩柱刚度比对RSC-LEDs双柱墩滞回性能的影响。设计了32组不同参数的RSC双柱墩试件开展回归分析,并结合RSC-LEDs双柱墩的力学特性,得到了RSC-LEDs双柱墩等效屈服强度、刚度的半经验计算公式。结合中国公路抗震设计规范和EEDP,提出一种适用于RSC-LEDs双柱墩体系的两阶段抗震设计方法,设计案例分析表明:半经验计算公式可较为准确地估算RSC-LEDs双柱墩的等效刚度及屈服强度;所提出的设计方法可使RSC-LEDs双柱墩达到预期的能力曲线,并实现在E1地震作用下保持弹性,在E2地震作用下LEDs屈服耗能且地震位移需求得到控制的设计目标。     

自复位消能摇摆模块复合钢框架协同抗侧机理与抗震加固设计方法

该文采用自复位消能摇摆模块对既有抗弯钢框架进行加固，以减小其震后残余位移、提升其地震抗倒塌性能、避免其因层间变形集中而发生薄弱层倒塌破坏。基于分布参数连续体模型，揭示了自复位消能摇摆模块与钢框架结构的协同抗侧机理，分析了自复位消能摇摆模块抗弯刚度及抗侧刚度对结构层间变形模式、摇摆模块和钢框架内力需求的影响。提出了利用自复位消能摇摆模块加固既有抗弯钢框架基于位移的抗震设计方法，给出了具体设计流程。基于提出的设计方法对某三层抗弯钢框架进行加固设计。静力推覆分析和动力分析结果表明，自复位消能摇摆模块可有效减小既有抗弯钢框架结构的震后残余变形、使结构获得均匀的层间变形模式。加固后的结构在设计地震下可达到预期设计目标。     

摇摆桁架-BRB-钢框架体系地震失效模式与抗震性能分析

建筑结构抗震设计所希望的结构地震失效模式是完全梁铰式失效,由于各种不确定性的存在,在实际地震中,结构是否能发生完全梁铰式失效是无法预知的。而防屈曲支撑构件(BRB)延性较大,在地震作用下可稳定地耗散地震输入结构的能量。鉴于此该文提出了一种摇摆桁架-BRB-钢框架体系,采用静力推覆分析方法,识别出了结构的主要地震失效模式,对其失效路径以进行了分析;对传统钢框架结构、摇摆桁架-钢框架体系、摇摆桁架-BRB-钢框架体系在小震、中震、大震作用下进行时程分析,并基于峰值层间位移角评价了三种结构的抗震性能。结果表明摇摆桁架-BRB-钢框架体系,在结构耗能减震、失效模式的优化控制,降低结构的残余变形等方面均起到了重要作用,新结构的侧向变形较传统钢框架结构更加均匀,结构整体参与耗能的能力更强。     

考虑支座摩擦滑移的中小跨径桥梁抗震设计方法

通过对比中国、美国、日本中小跨径桥梁结构体系, 分析中国汶川地震和美国北岭地震、日本阪神地震中桥梁震害的差异以及中国汶川地震中桥墩破坏率较低的原因, 发现美国加州桥梁结构形式主要是框架式桥墩, 日本桥梁采用钢支座为主的支承体系, 而中国中小跨径桥梁主要采用板式橡胶支座, 中国公路桥梁抗震设计中直接引用国外抗震规范存在问题;结合板式橡胶支座与铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座和摩擦摆支座地震作用下耗能特点的不同, 提出中国广泛采用板式橡胶支座的中小跨径桥梁, 在抗震设计时支座可作为保险丝式单元优先损坏;参考美日两国的桥梁抗震设计方法, 给出了中国中小跨径桥梁考虑支座摩擦滑移的抗震设计方法, 建议中国中小跨径桥梁地震作用下利用板式橡胶支座摩擦耗能的特点, 通过支座摩擦滑移、最小支承长度和防落梁装置, 实现桥梁多道设防、分级耗能的抗震性能设计方法;最后给出了地震作用下桥梁纵桥向和横桥向相应的性能破坏模式, 并探讨了需要进一步研究的问题.     

弹塑性Winkler地基上双柱式桥墩的地震反应

浅平基桥墩在承受强震作用时,其基础与地基之间会发生提离,地基土会进入塑性状态。要精确模拟上述两个问题是非常复杂的。分析中地基采用了能考虑基础提离及地基塑性的弹塑性Winkler地基模型,钢筋混凝土墩柱采用了武田三线型滞回模型。采用1940ElCentro地震记录作为输入,对双柱式浅平基桥墩进行了非线性时程分析。研究结果表明,基础提离和地基塑性对双柱式桥墩的地震反应具有重要影响。与线性分析相比,考虑基础提离和地基塑性后,双柱式桥墩的位移增大,内力减小。在设计中允许地基发生提离和屈服对于保护桥墩是有利的。     

宜宾长江公路大桥斜拉桥抗震性能评价

采用单梁式有限元模型对宜宾长江公路大桥斜拉桥的动力特性和地震响应进行了计算,考虑了桩-土相互作用和群桩效应,采用反应谱法和时程分析法对该桥进行了地震反应的对比分析。计算结果表明:桥梁结构的抗震性能满足要求;抗震结构体系采用弹性索梁-塔连接体系是合适的,还可进一步降低弹性索刚度或者采用弹性索+阻尼器体系来减小桥梁地震反应;建议大跨度斜拉桥应该采用反应谱法和时程分析法同时计算,结构内力和变形以这两种方法计算结果的较大值作为抗震设计的依据。     

A study of reinforced concrete bridge columns retrofitted by steel jackets

Abstract

In this paper, theoretical and experimental results of two as‐built circular reinforced concrete (RC) bridge columns and two columns retrofitted with steel jackets are presented. A constitutive model for concrete confined by a steel jacket is proposed. The proposed model is implemented into a sectional analysis to predict the lateral load‐deformation relationship of retrofitted columns. 2/5 scaled RC bridge columns are designed based on the standard details of the existing bridge columns mostly built in late 1980s and early 1990s, in Taiwan (Ministry of Transportation and Communication, 1987; 1995). The columns are expected to have a flexural failure mode during severe ground shaking. Displacement‐controlled cyclic loading tests were conducted to obtain the seismic performance of the columns. The experimental results showed that the bridge column retrofitted with steel jacketing could greatly improve seismic performance measured based by the strength and ductility. The analytical results showed that the proposed constitutive model, implementing sectional analysis, could well capture the lateral force‐displacement relationship of the bridge columns retrofitted with steel jackets.     

基于材料损伤的钢筋混凝土构件损伤模型

基于地震作用下钢筋混凝土结构的损伤机理, 以钢材和混凝土材料损伤模型为基础, 推导出损伤状态下钢筋混凝土构件刚度和材料自由能退化表达式, 提出一种以刚度退化和自由能退化线性组合的钢筋混凝土构件损伤模型. 对钢筋混凝土柱的拟静力试验进行模拟分析, 结果表明该模型可以较好的描述钢筋混凝土柱的损伤演化过程, 且能够定量确定其在单向荷载作用下与之正交方向的损伤程度;对钢筋混凝土桥墩的振动台试验数据和钢筋混凝土刚构桥的数值算例进行了模拟分析, 结果表明基于材料损伤的钢筋混凝土构件损伤模型可以描述钢筋混凝土桥墩抗震能力的退化过程以及预测结构的失效模式, 可用于地震作用下桥梁结构的损伤分析.     

矩形RC桥墩变形能力概率模型

桥墩是桥梁抗侧力体系中的关键构件。为实现基于概率和性能的桥梁抗震设计的多级性能目标,有必要给出桥墩在不同性能极限状态下的概率能力。基于已有研究工作,将RC桥墩的抗震性能水平划分为五个等级,并定义了相应的性能极限状态。采用等效集中塑性铰理论,推导并建立了各性能极限状态下RC墩柱变形能力的确定性计算公式;基于183个矩形RC墩柱试件的拟静力试验结果,通过多元回归分析,确定了各计算公式中与轴压比、长细比和配箍特征值等设计参数相关的待定系数。基于确定性计算模型和拟静力试验结果,考虑认知不确定性,建立了矩形RC墩柱变形能力的概率模型。通过实例分析,表明该模型可用于基于概率和性能的桥梁抗震设计和抗震 评估。     

基于试验的斜交网格-核心筒结构概率地震易损性分析

利用外部网状斜交框架和内部钢筋混凝土核心筒,斜交网格-核心筒结构形成具有较强抗侧刚度的筒中筒结构形式,被广泛应用于超高层建筑结构。采用模拟地震振动台试验获得不同地震动水准下模型结构的地震动响应结果。在结构抗震可靠度的经验和计算分析方法基础上,分析不同水准下结构发生各级破坏的概率,研究斜交网格-核心筒结构体系的整体抗震性能。最后,由振动台试验结果显示斜交网格结构构件的截面尺寸改变所在楼层的斜柱先于底部楼层的斜柱发生破坏。提出基于模型结构的振动台试验的概率地震易损性分析方法,对不同地震设防水准下原型结构的破坏概率进行研究,获得斜交网格-核心筒原型结构的概率地震易损性水平。