大跨拱桥三维多点随机地震响应分析

对大跨度钢管混凝土拱桥进行三维正交地震动多点激励下的平稳随机响应分析.建立了跨径308m中承式钢管混凝土拱桥的精细有限元模型,采用多维多点平稳随机地震响应分析方法,数值仿真了该拱桥在一维P波、一维SH波、一维SV波多点激励下的地震响应以及考虑互谱的三维多点激励地震响应,研究了三维地震动、行波效应和部分相干效应对拱肋内力的影响.数值分析结果表明:考虑地震动的空间效应对拱肋内力有很大改变,地震动的行波效应对拱肋内力的影响比部分相干效应的影响更大,三维地震作用比单维地震作用的拱肋内力有较大增幅.对大跨度钢管混凝土拱桥,必须进行多维多点地震激励的响应分析,否则有可能严重低估结构的地震设计内力.     

非一致激励对三塔自锚式悬索桥地震响应的影响

作为一种新型的桥梁结构形式,三塔自锚式悬索桥的静动力性能较传统双塔自锚式悬索桥更为复杂。由于其跨越能力较大,抗震分析中地震动空间效应通常不能忽略。以某三塔自锚式悬索桥为工程背景,根据实际场地条件拟合得到空间多点地震动时程,基于时程分析法研究了波传播效应、局部场地效应、失相干效应等地震动空间效应对三塔自锚式悬索桥地震响应的影响规律。研究结果表明:非一致激励会使得主塔内力增大、主塔索鞍抗滑安全系数下降、主塔纵向加速度和变形增大、主梁内力增大。因此,对于三塔自锚式悬索桥地震响应分析时应考虑多点非一致激励的影响。进一步研究表明,非一致激励对于各构件响应的影响程度不尽相同;即使对于同一构件,不同地震动空间效应的影响规律也相差较大。综上所述,非一致激励的影响规律十分复杂,需要后续更深入地探讨非一致激励对多塔悬索桥地震响应的影响机理。     

钢管混凝土单圆管拱结构振动台阵试验研究

为了研究钢管混凝土拱桥地震响应特性,以某钢管混凝土拱桥为原型,通过采用人工质量一致相似律设计制作1∶10缩尺比例的钢管混凝土拱结构模型,利用福州大学地震模拟振动台台阵系统,采用正弦波激励、Taft波以及当地场址生成的人工波等,进行了纵向、横向、横向+纵向地震动试验。试验结果表明,不同的地震波激励使结构产生不同的地震响应。Taft波横向激励产生的响应小于纵向激励的,人工波正好相反。拱顶的加速度相对于拱脚的有放大作用,放大倍数与输入波形的卓越周期相关;多维激励和行波激励使结构的加速度、位移和应变响应显著增大,其对结构的影响比一致激励时更为不利。不过,试验过程中模型均未出现开裂和破坏现象,表明钢管混凝土拱结构具有良好的抗震性能。     

大跨度空间结构多维多点非平稳随机地震反应分析

对大跨度空间结构进行三向正交地震动多点激励下的非平稳随机地震反应分析。建立了多维多点随机非平稳地震动激励下的地震反应分析方法,并针对大跨度空间结构引入了波前法进行简化计算。数值仿真分析了天津奥林匹克中心体育场屋盖结构分别在一维随机地震动或三维随机地震动的一致激励、行波激励以及考虑部分相干效应和地震非平稳性的多点激励下的地震反应,结果表明:考虑地震动空间效应会使结构控制杆件内力增大约30%;考虑部分相干效应会使结构杆件内力变化约10%;考虑多维地震输入会使结构控制内力增大约15%;考虑地震动的非平稳性会使结构杆件内力减小约35%。由此可以得出结论,对于大跨度空间结构的地震反应分析,必须考虑地震动的多维输入和多点激励;然而不考虑地震动的非平稳性,其抗震设计偏于安全。     

地震动空间变化对高压输电塔线体系地震反应的影响

通过数值模拟研究了地震动空间变化对高压输电塔线体系地震反应的影响。建立了输电塔线耦联体系三维有限元模型,考虑了输电线的几何非线性特征;在考虑地震动的行波效应、部分相干效应和局部场地效应以及多维性基础上,依据功率谱密度函数、相干函数和《电力设施抗震设计规范》模拟了空间变化地震动时程;分别研究了地震动空间变化的行波效应、部分相干效应和局部场地效应对输电塔线体系地震反应的影响。研究结果表明,地震动空间变化对输电塔线体系地震反应影响显著,忽略这些因素将会低估结构的反应。因此对于输电线路实际工程的抗震设计,需要考虑地震动空间变化效应的影响。     

自锚式悬索桥的平稳/非平稳随机地震响应

通过引入均匀调制演变函数,考虑了地震激励幅值的非平稳性。同时考虑了地震动空间效应,包括行波效应、部分相干效应和局部场地效应的影响,对一自锚式混凝土悬索桥结构进行了地震反应分析。计算了平稳/非平稳地面激励下主塔弯矩以及剪力反应。计算结果表明,考虑非平稳因素可使地震反应峰值减小,行波效应和相干效应使结构地震反应增大。     

多点地震激励下大跨连续钢构桥易损性分析

针对地震动存在行波效应、场地效应、不相干效应等因素,分析大跨连续钢构桥在一致地震激励输入响应时结构内力和变形会被偏估问题,考虑结构及地震动不确定性,采用蒙特卡罗方法建立一致激励与多点激励两种工况下大跨连续钢构桥-地震动系统随机样本。以桥墩位移延性比表示桥梁破坏状态阶段,对桥梁易损性进行分析,给出大跨连续钢构桥结构的易损性曲线,得到同样程度破坏的多点地震激励与一致地震激励下加速度峰值关系。     

钢管混凝土拱桥台阵试验研究:场地条件的影响

为了研究不同场地条件对钢管混凝土拱桥地震响应的影响规律,以某钢管混凝土拱桥为原型,设计制作1/16缩尺比例模型,依据NEHRP场地分类标准,选取符合不同场地条件的ChiChi地震波,利用多子台积木式振动台台阵系统,完成了纵向、横向、竖向、横向+纵向和横向+竖向一致地震动输入的对比试验。研究结果表明:场地条件对此类钢管混凝土拱桥响应的影响较为显著,结构响应由A类至E类场地逐类递增,结构在E类场地下的响应为A类场地的1.6倍~4.1倍;相对于水平向加速度响应,拱顶竖向加速度响应对场地条件更为敏感,场地条件对竖向加速度的放大作用要高于水平向加速度,在确定设计加速度反应谱时,如果竖向设计加速度反应谱与水平设计加速度反应谱采用相同的场地系数会使竖向加速度反应谱最大值偏小。     

枢纽车站结构地震响应特征

枢纽车站结构一般由大跨空间屋盖结构和下部混凝土框架结构组成，还包括管道系统等非结构部件，研究多因素影响下的枢纽车站复杂结构地震响应特征对于保证其抗震安全性具有重要意义。该文经过大量调研选取4个典型枢纽车站结构，采用有限元方法分析其地震响应特征，结果表明：枢纽车站结构呈“上柔下刚”的特点；从结构基底至屋盖结构顶部地震响应经历2次放大，屋盖结构为竖向地震敏感型结构，下部框架结构层间位移分布规律与普通框架的不同；考虑场地土后，枢纽车站结构自振频率均降低，屋盖结构变形增大、杆件应力分布趋于均匀；对于不同的枢纽车站结构，地震响应的最不利地震动震源机制不同；下部结构框架需考虑地震动行波效应的不利影响，屋盖结构可不考虑行波效应；屋盖吊挂管道系统地震响应从车站结构基底到管道系统经历3次放大，枢纽车站中管道系统抗震性能分析必须考虑主体结构对其地震响应的放大。     

地震动空间变化效应对大跨度桁架拱反应的影响

研究地震动空间变化效应对实际的大跨度桁架拱结构地震反应的影响,进行了空间变化地震动激励下结构反应的详细数值模拟。考虑了由行波效应、部分相干效应和局部场地效应引起的地震动空间变化。分析了地震动不同行波波速、相干损失和局部场地条件对结构地震反应的影响。在数值计算中,基于经验相干损失函数和《建筑抗震设计规范》定义的反应谱模拟了空间变化地震动。研究结果表明,引起地震动空间变化的每一个因素对桁架拱结构的反应都有重要的影响,在分析中忽略地震动空间变化效应可能低估该类结构的地震反应。为了准确评估结构反应并更好地进行大跨度桁架拱结构的抗震设计,模拟可靠的空间变化地震动十分必要。所获得的结果可为桁架拱结构的实际设计提供参考。     

近断层地震动作用下多塔悬索桥的地震反应分析

以泰州大桥为原型研究了多塔悬索桥近断层地震动作用下的地震反应特点,在此基础上以近断层地震动反应幅值与普通地震动反应幅值的比值作为放大系数,进一步研究了速度脉冲效应和场地土效应对桥塔和主梁地震反应的影响规律。分析结果表明:1) 近断层地震动作用下多塔悬索桥位移和内力的分布规律与普通地震动基本相同;2) 纵向+竖向地震输入下坚硬场地上近断层地震动对主梁竖向位移的影响最大,对主梁竖向弯矩的影响次之,对桥塔纵向位移和纵向剪力的影响相对较小。当场地土由硬变软时,边塔的地震反应增幅明显,中塔次之,主梁相对较小;3) 横向+竖向地震输入下坚硬场地条件上近断层地震动对中塔横向位移的影响最大,对主梁竖向位移的影响次之,对桥塔横向剪力和主梁横向弯矩的影响相对较小。当场地土由硬变软时,主梁的横向弯矩增幅明显,桥塔次之,主梁竖向位移相对较小;4) 在近断层地震动速度脉冲特性以及场地土固有周期特性的共同作用下多塔悬索桥边塔、中塔以及主梁的地震反应存在明显差异,在抗震设计时需要引起重视。     

弹塑性钢阻尼器用于大跨度CFST拱桥的减震控制研究

弹塑性钢阻尼器具有良好的减震效果,但目前的研究和应用主要集中在房建领域。本文以主跨368m的茅草街大桥为研究对象,进行了弹塑性钢阻尼器用于大跨度钢管混凝土拱桥地震响应的减震控制研究,采用非线性时程分析法进行了阻尼器关键参数的敏感性分析,研究了不同屈服荷载、不同弹性刚度及不同空间布设阻尼器的减震效果,最后重点分析了行波效应对弹塑性钢阻尼器减震效果的影响。结果表明,对于该中承式钢管混凝土系杆拱桥,弹塑性钢阻尼器的减震效果明显;综合考虑各部位的地震响应,在主梁各支承间均匀布设阻尼器为最佳布置方式;考虑行波效应后,阻尼器的减震效果更佳。     

桥梁结构地震易损性研究进展述评

随着基于性能的地震工程全概率决策框架的提出,要求从概率的角度对桥梁结构的抗震性能进行评估,结合结构地震响应分析和结构损伤分析的地震易损性分析受到广泛关注。为了促进国内桥梁结构地震易损性研究的发展,首先回顾了易损性研究的历史阶段与发展过程,评述了国内外桥梁结构地震易损性的研究现状;在此基础上介绍了地震易损性分析的基本原理和研究方法:分别从经验型、理论型以及经验-理论相结合的角度详细介绍了常用的易损性分析方法和一般过程,指出了当前研究中遇到的问题以及存在的局限性;最后,对桥梁结构地震易损性的应用前景和发展方向进行了展望。总结既有研究成果表明,环境因素、地震动、场地条件以及桥梁自身参数等的不确定性问题,地震动强度参数和结构能力指标的合理选择问题,各主要构件之间的相关性及其对桥梁结构整体抗震性能的贡献问题等都是桥梁结构地震易损性研究领域的重要内容。此外,对于更为复杂的情况,包括液化或特殊场地以及特殊大跨度桥梁等的研究,都将对桥梁抗震工程领域的发展具有重要意义。     

平缀管式钢管混凝土格构柱拟动力试验研究

在平缀管式钢管混凝土格构柱拟静力试验研究的基础上,进行了2个1∶8缩尺模型的拟动力试验,分别采用2008年汶川大地震和1995年日本阪神大地震的地震动时程记录作为输入地震波,研究在不同强度地震和主余震作用下此类结构的变形、强度、刚度、耗能等抗震性能。研究结果表明:平缀管式钢管混凝土格构柱具有良好的抗震性能,在8度多遇、基本、罕遇、极罕遇地震作用下,结构处于弹性工作状态;在9度罕遇地震作用下,钢管混凝土柱肢发生屈服,结构进入弹塑性工作状态;随着地震动峰值加速度的增加,柱底钢管应变急剧增加,柱顶最大响应位移非线性增长;直至试验加载结束,柱肢底部塑性铰区域未形成屈服环,结构无明显破坏。主余震作用加剧了结构的累积损伤,结构的刚度退化现象比较明显,在经历1次9度罕遇主震和2次同等强度的余震作用后,结构弹性阶段刚度相比初始弹性刚度减小约50.0%,最大位移增大约41%。通过钢管混凝土格构柱在各地震工况下的强度与变形的验算,进一步表明此类结构具有足够的强度储备和良好的变形能力,在经历多次强震后仍能保持一定的承载能力,在我国高烈度地区的桥梁工程中具有极大的应用前景。     

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。     

大跨拱桥在空间变化地震动下的响应

通过对ＳＭＡＲＴ－１台网一强震记录资料的统计分析，给出了与此次地震相应的地震劝空间相关模型及其参数。然后以四川宜宾金沙江江南门大桥为例，研究了地震动空间变化对大跨度拱桥抗震安全的重要意义。数值分析结果表明：地震动空间变化对主拱圈内力响应有重要影响，忽略这种变化将导致对拱内力的严重低估。对于大跨度柔性拱结构，拟静力和动力交叉响应项对总响应的贡献可以忽略不计，从而相应的结构随机响应计算方法得到简化。     

中、下承式钢管混凝土拱桥车振调查与动力分析

进行了八座钢管混凝土拱桥车振动力响应实测,建立了考虑车桥相互作用的有限元计算模型,通过与实测加速度响应进行的比较表明钢管混凝土拱桥车桥振动计算方法的正确性。利用有限元模型,对钢管混凝土拱肋和悬吊桥道系的加速度、速度动力响应和冲击系数进行了对比分析。结果表明:虽然钢管混凝土拱桥的冲击系数可能较大,但是它作为行车舒适性的判断依据并不合适,应采用加速度或速度响应来评价。提出了不同路面平整度下预估中、下承式钢管混凝土拱桥车振动力响应的近似公式,通过实桥分析确认了该公式的可行性。