考虑桩土相互作用的车桥耦合动力分析

研究了桩土动力相互作用对车桥耦合系统动力响应的影响。基于子结构方法,将完整的列车-桥梁-桩基础-地基相互作用模型分解为列车-桥梁相互作用子系统和桩基础-地基相互作用子系统,分别建立两个子系统的运动方程。在建立桩基础-地基相互作用子系统的运动方程时,为了考虑该系统的频率相关性,通过连续时间有理近似将频域内的阻抗函数转化至时域内,并用一个高阶弹簧-阻尼-质量模型模拟。通过迭代计算得到两个子系统的动力响应。以一列8节编组的客车通过5跨简支梁为算例,研究了桩土相互作用对车桥耦合系统动力响应的影响。研究结果表明,考虑桩土相互作用以后,车桥耦合系统动力响应有所增加,在今后的分析中应充分考虑该因素的影响以获得偏于安全的计算结果。     

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。     

考虑桩径效应的桥梁结构地震风险分析

桩-土-结构相互作用是桥梁结构地震反应分析的重要问题,其中桩径效应不应忽略。以一座三跨连续梁桥为例,研究桩径效应对桥梁地震风险的影响。具体建立三种有限元模型:模型一是同时考虑桩-土-结构相互作用和桩径效应;模型二是考虑桩-土-结构相互作用,但没有考虑桩径效应;模型三是墩底固结的简化模型。通过增量动力分析方法计算桥梁结构的地震易损性曲线和地震风险曲线,对三种模型的计算结果进行对比分析。结果表明,同时考虑桩-土-结构相互作用和桩径效应的模型对应地震易损性与地震风险最高;墩底固结的模型对应地震易损性和地震风险最低。     

地震激励下桩-土非线性耦合作用对桩基动力响应特性的影响

为探讨桩-土非线性耦合作用对桩基动力响应特性的影响,以桩-土-结构耦合系统为研究对象,建立三维非线性有限元模型。采用Drucker-Prager非线性土体本构模型,利用罚函数法实现桩-土-结构界面间的非线性耦合作用,引入无反射边界条件,并考虑重力因素,得到了水平和竖直方向组合地震激励下桩-土非线性相互作用对桩基地震响应的影响。结果表明,考虑桩-土接触非线性,桩基的加速度响应峰值减小,桩土之间出现明显的分离现象,桩基剪力和弯矩峰值有所增加。通过对桩基轴力的校核,桩基不承受拉力,不会发生拔桩现象。     

群桩基础三维非线性地震反应分析

针对在强震作用下的桩基础非线性地震反应问题，本文采用Dmcker-Prager理想弹塑性模型模拟地基土的非线性，同时在桩-土接触面上设置接触单元模拟桩-土间的接触非线性，建立了桩--土-桩相互作用及土-桩-结构相互作用体系的三维有限元分析模型，探讨了桩-土间的非线性效应对群桩基础的运动相互作用及惯性相互作用问题的影响，分析了群桩的内力分布，得到了一些有应用价值的结果。     

大跨径桥梁结构概率地震需求分析中地面运动强度参数的优化选择

对于大跨径桥梁结构,应结合地震工程学和结构抗震两个方面选择合理的地面运动强度参数（IM）,进行动力分析。针对一座高速公路双塔斜拉桥采用非线性动力时程分析方法,分析不同的IM对于结构地震需求的影响,可以得到以下结论：对于不同桥向,在累积质量参与系数贡献显著的周期范围内,反应谱对结构地震需求影响显著,且高频区段反应谱的影响大于低频区段。应该采用对结构地震需求影响显著的反应谱区段内质量参与系数较大的短周期谱加速度或PGA作为IM。     

考虑桩-土相互作用的不等高墩桥地震响应分析

基于LS-DYNA有限元软件的二次开发功能,引入p-y桩土动力相互作用模型和钢材的BONORA损伤本构模型。以某大桥四跨引桥为研究对象,建立了包括考虑土-结构相互作用的WINKLER地基梁模型、有效桩长模型、全桩长模型,以及不考虑土-结构相互作用的无桩模型等四种桩基础分析模型和上部结构弹塑性损伤分析模型;通过场地自由场求解,在桩侧节点上施加相应位置的加速度时程,对基于四种桩基础模型的该大桥进行了自振特性以及在小震、中震和大震下的位移、加速度、内力、损伤分析,并探讨了WINKLER地基梁模型不同深度下桩-土p-y模型的应力-应变关系和桩身变形特性。结果表明,桩基础数值分析模型对结构整体响应影响显著,不等高墩桥顺桥向与横桥向响应差距大,所开发的p-y模型可用于桥梁结构精细化数值分析。     

考虑PSI的深水高墩大跨桥梁地震易损性分析

以某深水高墩大跨连续刚构桥梁为工程背景,考虑桩-土相互作用(PSI)、动水压力以及二者联合作用效应的影响,基于OpenSEES源代码分析平台建立有限元模型,随机选取100条近场地震波来考虑地震动输入的不确定性,以峰值地面速度(PGV)作为地震动强度参数,然后分别以墩顶、墩底曲率以及支座相对位移作为损伤指标,建立了桥梁不同构件的概率地震需求模型和地震易损性曲线,对深水桥梁的抗震性能进行了分析和评估。研究结果表明:深水桥梁的动水压力效应会增大桥墩的地震失效概率,但支座的失效概率会略有降低;考虑桩-土相互作用时墩底截面和支座的失效概率会有所减小,但墩顶的失效概率会有所增加;动水压力和桩-土相互作用均对支座易损性的影响相对较小;动水压力对高墩桥梁易损性的影响比桩-土相互作用要大。     

考虑提离-滑移效应的核电结构-界面-地基相互作用模型研究

强震作用下,核岛公共筏基可能发生的提离-滑移对结构受力影响明显,精细模拟建基面的接触状态并将结构-界面-地基作为整体分析,有助于明确提离-滑移效应对结构地震反应的影响机理。采用罚函数法接触模型模拟筏基-地基间的接触力学行为,等价线性法描述地基土的动力非线性,黏弹性人工边界模拟半无限地基的辐射阻尼条件,建立考虑提离-滑移效应的结构-界面-地基相互作用模型。进而,以AP1000核岛厂房为例,考虑静-动力综合作用,对比筏基-地基绑定简化模型,结构加速度响应峰值及楼层谱的峰值和形状均发生了明显变化,表明强震作用下筏基提离-滑移对抗震安全性造成不利影响,在核电结构抗震设防时应加以考虑。     

桩-土动力相互作用对连续梁桥半主动控制的影响研究

建立刚性地基和桩土相互作用两种模式的整体桥梁有限元模型，在桥梁支座部位设置线性粘滞阻尼器，计算桥梁在地震动作用下未施加控制和半主动控制的地震反应，探讨了桩土动力相互作用对连续梁桥地震反应半主动控制的影响以及半主动控制的减震效果。结果表明，桩土动力相互作用使连续梁桥自振周期增大，半主动控制的减震效果也相应增大，而最终的桥梁最大位移反应数值比较接近，最大内力数值更加减小，桩土动力相互作用对连续梁桥半主动控制系统减震效果的不利影响非常小，充分显示了半主动控制的优越性。     

应用MR阻尼器的连续梁桥地震损伤控制方法

基于地震作用下连续梁桥的损伤破坏机理,利用MR阻尼器控制元件,建立了基于桥墩广义水平刚度比的阻尼器出力方案,提出了连续梁桥的非线性地震损伤控制方法。对某一联三跨连续梁桥进行地震损伤控制研究,采用IDA(Increasing Dynamic Analysis)方法对控制前后桥梁结构进行损伤分析,结果表明所提出的控制方法可以有效降低桥梁损伤,并使桥墩损伤趋于均匀,显著提高桥梁的抗震性能;对采用不同控制方案和不同设计传递系数的桥梁进行地震损伤分析,结果表明半主动控制方案对墩梁残余位移和桥墩损伤的控制效果优于PON(Passive On)控制,并且设计传递系数对控制效果影响较大,需合理选用。     

动水压下减震连续梁桥随机优化及减震性能研究

地震作用下,跨海桥梁桥墩和周围水体的动力相互作用将对桥梁结构的动力响应产生较大影响。建立了考虑动水压力的2自由度连续梁桥简化分析模型,推导了其组合刚度和附加质量;提出了以墩顶位移方差最小为目标的黏滞阻尼器参数随机优化的Lyapunov方法。在此基础上,通过对设置黏滞阻尼器的某跨海连续梁桥简化模型进行了阻尼器参数优化,研究了动水压力和地震耦合作用下连续梁桥的减震性能。研究结果表明:动水压力增大了桥梁的地震反应,对桥梁的动力响应特性有较大影响。采用黏滞阻尼器可有效减小跨海连续梁桥的地震反应,改善桥梁结构抗震安全性能。     

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。     

可提离式桩基础规则连续梁桥的地震响应分析

以上海嘉闵高架桥为依托,利用OpenSees软件构建有限元分析模型进行非线性时程分析,对两种不同基础体系下的规则连续梁桥的主梁、墩柱、基础等的地震响应进行对比分析,并考虑墩高变化的影响。结果表明:基础提离设计,相较常规基础设计,会显著降低墩柱的纵、横向弯矩响应,改善墩柱的受力性能,纵向降幅为20.4%~32.0%,横向降幅为2.5%~23.8%;单桩的纵向弯矩响应减小,降幅达16.2%~40.0%;桩基最大拉力受到有效控制。基于新规范体系,评估了墩柱和基础在E2地震下的抗震性能,结果表明采用提离式桩基础的规则梁桥可有效降低墩柱、基础的地震需求。在E2地震下,墩柱均处于弹性状态,单桩配筋率相较常规基础体系梁桥可随墩高增加适当降低。     

浅源强震下RC梁式桥横向碰撞参数研究

针对地震作用下桥梁结构梁体与横向挡块间的碰撞现象,采用非线性动力分析方法对影响碰撞效应的主要因素进行了系统研究。基于刚体碰撞理论,建立能考虑碰撞过程中能量损失的桥梁横向碰撞接触单元分析模型,研究了典型的浅源强震作用下挡块碰撞刚度、梁体与挡块间初始间隙、桥梁墩高以及跨径等因素对铁路RC简支梁桥地震碰撞效应的影响。研究表明抗震挡块对于防止横向落梁有显著的抑制作用,建议了铁路RC梁式桥抗震挡块的合理刚度及初始间隙取值,提炼了墩高及跨径对各项响应指标的影响规律。研究成果可供梁式桥抗震设计及规范修编参考     

提高地铁车站结构抗震能力的理论及数值分析

1995年阪神地震中,地铁车站等地下结构遭受了严重的破坏,其中大开地铁车站破坏尤为严重,一半以上的中柱发生坍塌,为了提高地铁车站结构的抗震能力,本文基于第二类拉格朗日方程首先建立了地震荷载和轴力联合作用下柔性动边界梁动力响应的分析方法,并讨论了轴力和弹簧刚度与阻尼系数对动力响应的影响特点与规律,然后利用ABAQUS软件对阪神地震荷载作用下大开地铁车站在有无设置隔震器时进行了三维非线性动力分析。研究结果表明：)     

高烈度软土场地桥梁地震与冲刷联合作用效应研究

冲刷会导致桥梁基础裸露,土体对桩基的约束作用减弱,使得桥梁基础在地震作用下的危险性增大,因此建立冲刷与地震联合作用下桥梁的失效概率模型,分析震区连续刚构桥冲刷作用组合分项系数具有重要的意义。以地震基本烈度Ⅷ度区某连续刚构桥为依托工程,基于Monte-Carlo法确定冲刷深度的分布函数,并采用CSIBridge有限元软件建立不同冲刷深度下全桥空间有限元动力模型,进行48条地震波下的增量动力分析(IDA),计算不同冲刷深度的地震作用效应分布函数,并采用直接积分法求得桥梁基础的失效概率及可靠度指标。研究结果表明:通过冲刷与地震的联合作用框架下失效概率分析,可建立冲刷深度与失效概率的非线性关系;该方法可合理确定冲刷与地震作用组合下荷载组合分项系数,可为桥梁在冲刷与地震联合作用下的风险评估和设计提供参考。     

基于性能的桥梁抗震设计中考虑持时的实际地震波优化选择方法

在基于性能的桥梁抗震设计(PBSD)中,是否考虑持时的效应会显著影响到分析结果的精确性。为了将持时与幅值、频谱的影响进行解耦,选择多组匹配同一目标谱的实际地震波和人工波,并使各组地震波的5-95%显著持时服从不同的概率分布,对一座钢筋混凝土连续梁桥进行IDA分析。对比持时与桥梁结构地震需求的相关性表明:持时的均值、离散度及其概率分布对于位移工程需求参数(EDP)影响较小,但对能量EDP以及包含能量项的疲劳破坏和累积损伤参数的概率预计(均值)、离散度及其概率分布影响显著。因此,在PBSD中如采用能量EDP,则必须考虑到所选地震波的持时均值、离散度及其概率分布均要符合工程场地实际的地震危险性。在此基础上,针对基于全概率理论的PBSD,提出一种能够考虑持时均值、离散度及其概率分布影响的实际地震波优化选择方法,能够显著提高分析结果的精确性和计算效率。     

非弹性体系地震动力响应分析的新型单轴Bouc-Wen模型

对经典的单轴Bouc-Wen模型进行改进,研究建立了可以综合考虑P-效应、捏拢效应、强度退化、刚度退化、应变硬化等典型滞回特性的新型单轴Bouc-Wen模型。根据非弹性单自由度体系在69条强震记录作用下的动力响应,定量地分析了P-效应对地震延性需求的均值和变异系数的影响,进而建立了地震延性需求的经验概率分布模型和预测方程。计算结果显示:由重力引起的P-效应对地震延性需求的影响较大,而由竖向地震激励引起的P-效应的影响很小;地震延性需求与震级、震中矩、剪切波速等参数之间的线性相关性较小;对于短周期体系,可以采用Lognormal或Frechet分布来描述地震延性需求的概率分布,而对于长周期体系,采用Frechet分布则更为合理。     

基于非线性静、动力方法的RC简支梁桥连梁装置参数优化研究

连梁拉杆装置是防止强震下RC梁式桥纵向落梁的有效措施,需要对其合理刚度取值进行研究。以典型的铁路RC简支梁桥为对象,采用基于FEMA440性能点轨迹法的能力谱分析方法,以现行《铁路工程抗震设计规范》设计谱及汶川地震动为需求,讨论了不同的场地类型和设防烈度下连梁拉杆的最优刚度分布。研究表明,场地类型对连梁装置刚度取值无显著影响,在8度罕遇烈度设防的四种场地下,连梁装置的刚度均可在0.05~0.15倍的梁体线刚度范围内取值,可有效抑制墩、梁相对位移及桥梁整体地震响应。设防烈度对刚度取值有显著影响,当PGA不超过0.2g时,可不予设置;当PGA为0.4g和0.6g时,连梁拉杆的合理刚度可分别取为0.1倍和0.2倍的梁体线刚度。采用非线性动力时程方法验证了上述结论的合理可靠性,可供桥梁抗震设计及规范修编参考