方向脉冲及竖向效应对高铁桥梁地震响应影响EI北大核心CSCD

近断层地震会给桥梁带来严重损害,其方向脉冲及竖向地震动效应日益引起研究者注意。以高速铁路多跨简支梁桥为研究对象,建立高烈度区地震作用下的非线性全桥模型,计算了水平及竖向地震作用下桥梁的弹塑性响应。结果表明:近断层地震下桥墩进入弹塑性阶段,刚度的改变其自振周期随之改变。相比远断层地震而言,近断层地震以其较大的脉冲周期与进入弹塑性的桥梁相耦合,将加剧桥梁的非线性响应。考察了竖向地震动对桥梁地震性能的影响,通过轴力变化改变影响桥墩滞回性能,增加塑性区变形,但不会导致墩顶横向位移的增加。建议设计时采用近断层地震因子及合适的竖向地震动参数考虑近断层效应的影响。     

高速铁路列车制动力对简支梁桥地震碰撞效应影响研究

以高速铁路三跨简支梁桥为例,采用ANSYS软件,建立了碰撞有限元模型,模型中考虑了地基变形和支座非线性的影响,并用Kelvin模型来模拟邻梁碰撞;根据规范和已有试验结果建立了高铁桥梁列车制动力模型,进行了高速列车制动力与EL-Centro地震波作用下的碰撞效应分析,探讨了列车制动力对简支梁桥地震碰撞效应的影响。研究表明:列车制动力可增大桥墩的墩底剪力,增大邻梁或梁台间距,增大邻梁最大碰撞力和碰撞次数,加剧固定支座的破坏;影响程度与列车制动力和地震力的方向、桥墩刚度有关。因此在高铁简支梁桥抗震设计时,有必要考虑将列车制动力与地震力进行组合,开展碰撞效应分析。     

近断层地震方向脉冲效应对高速铁路桥梁弹塑性反应的影响

基于PEER-NAG强震数据库,采用ANSYS分析软件、ANSYS-APDL语言和弯矩曲率关系计算程序,以高速铁路多跨简支梁桥为研究对象,建立了近断层脉冲型地震作用下的高速铁路桥梁全桥模型,考虑了轨道不平顺的影响,分析了结构的自振特性,计算了近/远断层地震作用下桥梁的弹塑性地震响应。计算结果表明,近断层方向脉冲型地震作用下的墩底的荷载-变形曲线呈现中间加强的特点,此时需要桥墩有更强的能量释放能力和较好的延性要求,相比远断层地震而言,近断层方向脉冲型地震作用下墩底梁体位移、墩顶位移以及墩底弯矩增大,且导致更大的塑形变形;远断层地震趋向于能量的逐渐释放过程并与较少的滞回环损伤疲劳相联系;由于近断层地震动方向脉冲效应的影响,在一些地震动的某些时段内,对结构破坏起控制作用的因素是速度或位移而不是峰值加速度;由于近断层地震较大的竖向地震动,导致梁体竖向挠度比远断层地震增加较多,《铁路工程抗震设计规范》等取竖向地震为横向的2/3左右,会导致竖向动力响应偏小,建议取竖向地震动的合理范围进行计算较为妥当。     

近断层高架连续梁桥地震易损性与振动台试验研究

与远场地震动相比,近断层地震动长周期成分丰富、存在速度大脉冲效应,对柔性结构桥梁具有更高的震损能力。高架连续梁桥是一种常见的桥梁结构型式,距离断层较近时在地震中可能会发生更为严重的破坏。以一座典型四跨高架连续梁桥为例,对比了远场地震动和含速度脉冲近断层记录输入下的地震易损性规律,并通过缩尺模型振动台试验得到了典型近断层地震动输入下的动力响应。结果表明:与远场或设计地震动相比,含速度脉冲的近断层地震动输入下高架连续梁桥的地震易损性更高,在分析桥梁系统易损性时应综合考虑桥墩和支座的损伤指标,振动台试验结果验证了典型近断层地震动输入下高架连续梁桥动力响应更大。     

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.     

基于行车安全性的高铁桥梁横桥向减隔震体系研究

针对目前最常用的32 m跨径高铁简支梁桥,同时考虑对行车安全不利的路桥过渡段和墩高改变处,对高铁桥梁的行车安全性能进行了评价;分析了铅芯橡胶支座、摩擦摆支座等常规减隔震方案在高铁桥梁中运用的可行性.分析结果表明,采用盆式橡胶支座的高铁桥梁在地震作用下轨道变形和轨道横向加速度较大,无法满足高速运行的列车的行车安全性要求;...     

考虑地震滑冲效应的高铁简支梁桥横向减震体系研究

对近断层地震滑冲效应作用下高铁简支梁桥横向碰撞响应及其减震体系进行了研究。以一座5跨32 m简支梁桥为背景，采用Abaqus软件建立全桥有限元模型。分析了远场地震和近断层地震滑冲效应作用下桥梁横向地震响应的差异，探究了传统抗震挡块的适用性；对比分析了“挡块+拉索”组合、全桥单独安装拉索限位器及单独安装减震榫等3种减震体系的减震效果。结果表明：与远场地震相比，近断层地震滑冲效应作用下传统抗震挡块完全失效，落梁风险显著增加；挡块与垫石间隙越小，“挡块+拉索”的减震效果越好；拉索限位器的减震效果随拉索自由程减小而提高；减震榫取最优刚度时，能够显著减小桥梁地震响应；综合比选，全桥单独安装减震榫的减震体系最佳。     

轨道结构建模精细化程度对高速铁路连续梁桥地震易损性的影响

为探究CRTS Ⅱ板式无砟轨道结构建模精细化程度对高速铁路连续梁桥地震易损性曲线的影响,以一座48 m+80 m+48 m高速铁路预应力混凝土连续梁桥为例,采用有限元分析软件OpenSEES分别建立四个轨道结构建模精细化程度不同的线桥一体化模型,进行了非线性时程分析和易损性分析,构造了桥梁各关键构件和轨道结构各部件的易损性曲线。计算结果表明,在建立轨道-桥梁一体化模型研究高铁连续梁桥抗震性能时,轨道结构建模精细化程度对滑动层的地震易损性曲线影响很大。随着轨道结构建模的精细化程度降低,滑动层发生地震破坏的概率变大。同时,轨道结构建模越简单,滑动支座发生破坏的概率略微增加,桥墩发生破坏的概率略微减小。此外,轨道结构建模的精细化程度对CA层、扣件、桩基等构件的地震易损性曲线基本上没有影响。     

地震作用下板式橡胶支座滑动引起的城市立交中的动力耦合作用

地震作用下具有不同动力响应特征的桥梁不同部位之间存在显著的相互作用。在城市立交设计中板式橡胶支座常直接放置于墩顶,水平力传递靠接触面摩擦作用。橡胶支座与墩顶、梁底接触面地震作用下可能会发生滑动。以城市立交工程中一多跨简支梁桥为例,按照实际结构构造充分考虑材料非线性及连接构件的非线性等因素,分别以弹塑性纤维模梁柱单元、空间滑动支座单元和接触单元模拟桥墩屈服、支座的滑动、相邻结构之间的碰撞,通过非线性时程分析综合分析了由于支座滑动导致大的支座位移,并由此引起的相邻构件之间的碰撞以及由于碰撞导致的桥墩屈服等动力响应之间的耦合作用。     

地震作用下基于性能的中小跨径梁桥横向支承约束系统设计优化EI北大核心CSCD

支承约束系统对中小跨径梁桥抗震有显著意义,该研究提出一种基于性能的方法优化桥梁的支承约束系统参数。以汶马高速公路中的简支梁桥群组为例,采用铅芯橡胶支座进行桥梁横桥向的抗震性能优化。首先参数化建立桥梁的OpenSees有限元模型,对桥梁支座—挡块组成的支承约束体系的初始设计进行非线性时程分析;由logistic回归得到了以工程需求参数(engineering demand parameter, EDP)为条件的桥梁构件级易损性函数,推导了桥梁的统一系统级性能指标修复成本比(repair cost ratio, RCR),将其作为优化程序的目标函数;利用遗传算法建立了支承约束系统设计参数的优化程序。研究结果表明:在以EDP为条件建立的桥梁构件级易损性函数中,桥墩和支座的损伤概率对不同的支承约束系统设计不敏感,推导的RCR可以涵盖不同的支承约束系统。利用该程序优化了案例桥梁群组的铅芯橡胶支座约束系统设计参数,当支座屈服强度约为(0.16±0.02)倍的桥墩屈服强度,支座屈服后刚度约为(0.054 8±0.008 1)倍的桥墩弹性刚度,挡块与主梁的间距为0.098 m,挡块刚度取为185×104kN/m时,桥墩和支座产生的地震响应能够显著降低桥梁的RCR。     

行波效应下铁路简支梁桥梁轨系统地震响应

基于多点激励的大质量法,采用非线性杆单元模拟梁轨接触,建立了考虑地震动行波效应的简支梁桥梁轨相互作用模型。以沪昆线上某5-32m简支梁桥为算例,分析了行波效应作用下轨道结构对桥梁地震响应的影响,研究了行波效应下钢轨和墩台的受力特性,并对相关参数的影响做了探讨。研究表明：行波效应下轨道结构将大大增强梁体和下部结构的地震响应;轨道对行波效应极为敏感,视波速越低轨道和墩台受力越大;支座布置形式和桥墩刚度突变对相邻桥墩受力影响显著;随着简支梁跨数的增加,钢轨和桥台受力逐渐增大并趋近于一定值。     

跨断层桥梁地震响应分析及合理跨越角度研究

为研究跨断层桥梁地震响应规律及合理跨越断层角度,以一座跨走滑断层的连续梁桥为研究对象,采用混合模拟法合成了该桥的地面运动时程曲线,基于多点激励位移输入模型,采用非线性时程法对其地震响应规律进行了分析,并以桥梁轴向与断层交角θ为研究参数分析了其对结构地震响应的影响,得到了θ对结构地震响应的影响规律和变化曲线。计算结果表明:跨断层桥梁桥墩扭矩设计值较大,桥墩横向弯矩随断层距的减小而增加;其位移响应以主梁纵横向大位移、面内扭转变形、支座和桥墩残余位移为主要特征,具有较大的落梁破坏风险;当桥梁垂直跨越断层时(θ=90°),桥墩受力合理性和经济性最优,断层错动产生的顺桥向位移分量最小,落梁风险相对较低。研究成果可为该类桥梁的抗震设计与桥位布置提供参考和依据。     

分梁共墩式公轨合建双层高架桥的抗震分析EI北大核心CSCD

公轨合建双层高架可将城市高架和轨道交通线路组合起来,节省城市用地的同时便于疏散交通压力,在近年来的城市交通规划中得到重视和应用。但由于缺少专门的抗震设计规范,此类桥梁的抗震设防标准、性能目标和抗震设计方法亟需研究。该研究以一座实际桥梁为背景工程,提出合理的抗震设防标准和性能目标,研究轨道对结构动力特性和弹性地震响应的影响,并进一步采用非线性纤维模型研究桥墩纵筋配筋率、墩梁刚度比以及上、下墩高比对桥墩屈服顺序的影响。研究表明,轨道增大了结构纵向刚度和下桥墩与下盖梁的地震响应,分梁共墩式双层高架宜采用延性抗震设计,将盖梁设计为能力保护构件,并通过合理的墩梁截面刚度、墩高和配筋率设计满足两水准的性能目标,确保地震作用下结构产生预期的延性破坏模式。     

近断层地震动作用下大底盘单塔楼隔震结构振动台试验研究

近断层地震动具有长周期、短持时、高能量的速度脉冲,可能导致长周期的大底盘上塔楼隔震结构产生隔震层位移放大效应。通过振动台试验分析与验证其对长周期的大底盘上塔楼隔震建筑减震性能带来的不利影响。首先讨论近断层地震动的运动特征,然后设计一个水平向缩进尺寸比例为1∶3的大底盘单塔楼钢框架模型,分别组装为层间隔震、基础隔震和抗震等三种试验模型,以近断层地震动与远场地震动为激励输入,进行单向振动台试验。探讨近断层地震动长周期的速度脉冲对隔震结构层间位移、楼层加速度、隔震层变形等减震性能的影响,分析与验证近断层地区隔震结构采用考虑近场影响系数设计方法的适用性。结果表明:在近断层地震动作用下大底盘单塔楼隔震结构的层间位移、楼层加速度等动力反应均明显大于在远场地震动作用下的相应值,增大为远场地震动的1.5~2倍,且层间位移与楼层加速度等减震效果相比远场地震动变差;不同隔震形式下的隔震支座变形均达到远场地震动的1.5倍以上,近断层地区隔震结构设计应考虑长周期速度脉冲对减震性能的不利影响。     

近断层地震作用下曲线桥碰撞效应及影响试验研究

为明晰近断层地震动作用下曲线梁桥碰撞效应及其影响,以某小半径带坡匝道桥为对象,设计制作1/10缩尺模型及可调式碰撞测试装置,选取同次地震中近断层和远场地震动输入,完成了单向和双向激励条件下试验模型桥的振动台试验。结果表明:与远场地震动相比,近断层地震动作用下曲线梁桥的碰撞效应(碰撞次数和碰撞力)有较为显著的增加,而碰撞效应的增大会增大支座的位移响应,进而增加支座失效或落梁风险,且双向地震动影响更大;碰撞对边墩和中墩沿碰撞力方向的切向位移峰值增加显著,对碰撞力方向上试验模型桥的墩顶有效均方根位移响应均有放大作用,碰撞会增加试验模型桥桥墩的破坏风险。曲线桥抗震设计中应考虑近断层地震动诱发的碰撞效应影响。     

30t轴重重载铁路简支梁桥-轨道系统地震响应研究

为研究多跨30 t轴重重载铁路简支梁桥-轨道系统地震响应规律,采用经过验证的梁轨相互作用模拟方法,建立了考虑桩-土共同作用、桥墩弹塑性变形、滑动支座摩阻力、线路非线性阻力的多跨重载铁路简支梁桥与双线有砟轨道相互作用仿真模型,揭示了一致激励和行波效应下重载铁路简支梁桥-轨道系统地震响应规律,探讨了路基段钢轨长度、简支梁跨数、跨度、线路纵向阻力形式、滑动支座摩阻系数等设计参数的影响,分析了温度、列车制动和地震耦合作用下系统的受力特征。研究表明:当地形地质条件相差不大时,简支梁跨数可简化为11跨、路基段钢轨长度可取为150 m;线路阻力减小时,梁体间、梁体与桥台间可能出现碰撞现象甚至发生落梁;纵向一致激励下,钢轨应力包络图呈"双菱形",其最大值出现在桥台附近,而梁缝附近梁轨相对位移较大,易发生动力失稳;行波效应下,系统受力和变形规律发生显著改变,即使对于跨度较小的简支梁桥,也应考虑行波效应的影响;温度和列车制动作用将进一步增大轨道结构在地震中发生动力失稳的可能性。     

基于概率地震需求分析的铅芯橡胶支座抗震性能研究

选取谱加速度为地震动强度参数,最大墩底弯矩为工程需求参数,对铅芯橡胶支座隔震简支梁桥和非隔震简支梁桥进行了概率地震需求分析,从概率的角度定量计算研究了铅芯橡胶支座在提高桥梁结构抗震性能上的作用。概率地震需求模型计算结果表明,隔震桥梁结构回归方程的斜率均小于非隔震桥梁结构回归方程的斜率,这反映出隔震结构对地震动强度改变的敏感性小于非隔震结构;场地危险性分析表明,在同一场地上,桥梁结构体系遭遇某水平谱加速度的超越概率,隔震结构小于非隔震结构,隔震支座的应用降低了桥梁结构对应的场地危险性;概率地震需求危险性分析表明,在本文设定的场地和结构参数下,铅芯橡胶支座隔震桥梁结构发生墩底纵筋屈服的年超越概率远小于非隔震结构相应的概率。本文的研究表明,概率地震需求分析方法作为一种基于概率的定量分析方法,可以用于不同结构体系的桥梁结构抗震性能的评价上。     

考虑桩-土相互作用的多年冻土区多跨简支梁桥地震响应分析

为分析青藏铁路多年冻土区多跨简支梁桥地震响应情况,建立了一座10×32m箱形多跨简支梁桥三维全桥模型,以等效基础弹簧考虑桩-土相互作用;以具有初始间隙的并联弹簧-阻尼单元模拟伸缩缝两端结构的碰撞,研究了冻土融化深度、行波效应及碰撞效应对多跨简支桥梁结构地震响应的影响。结果表明:随着融土下限加深,等效基础弹簧刚度明显减小,在强地震动作用下,桥梁结构易发生落梁、桥墩倾覆等震害;当相邻碰撞体的相向位移超过伸缩缝宽度时两者发生碰撞,碰撞次数及碰撞力随地震动视波速及行进距离不同而不同,在行波波速较低且行进距离较小时碰撞效果明显,对桥梁地震响应影响较大,极易导致落梁;此外桥台对结构地震响应亦有显著影响。在对多年冻土区多跨简支梁桥抗震性能进行评估时,应特别重视夏季地震动低速行波时可能发生的震害。     

双层高架桥梁框架墩抗震性能试验研究

该文以某双层高架桥为背景,设计了两个配筋率不同的双层高架桥梁框架墩模型,采用拟静力试验结合理论分析研究了立柱纵筋配筋率对双层高架桥梁抗震性能的影响。试验结果表明:立柱配筋率较高时,横梁和节点会发生严重的损伤;减小立柱配筋率后,破坏主要集中于立柱,横梁和节点的损伤得到了有效控制;同时桥墩的延性能力提高。根据试验结果建立了桥墩的有限元分析模型,并通过该模型进行了参数分析,结果表明随着配筋率增加,双层高架桥梁的延性能力逐渐下降,同时横梁会先于立柱发生破坏,导致结构不能满足强梁弱柱的性能目标。     

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。