柱式柔性墩隔震梁桥结构地震易损性分析

对柱式柔性桥墩刚度较小下部构件结构形式的中小跨径桥梁,利用铅芯橡胶支座双线性恢复力特性,通过调节桥梁下部结构整体刚度,改变地震力在不同墩柱间的分配可提升桥梁整体抗震能力。定义桥梁损伤的5种状态,归纳出以曲率延性判定5种损伤水平的量化指标,并与桥墩墩顶位移相关联。选典型桥梁建立有限元模型进行动力弹塑性分析,将隔震改造前后桥梁墩顶位移概率需求与地震易损性进行对比。分析表明,采用柔性桥墩的梁桥结构进行合理隔震改造后,只要保证隔震支座体系正常运行,桥梁整体在大震作用下的抗震水平可明显提升。     

非规则梁桥横桥向地震碰撞反应分析

针对连续梁桥在横桥向地震作用下梁体与抗震挡之间的碰撞现象,建立了考虑支座非线性和墩柱弹塑性的碰撞模型。在此基础上,应用非线性时程方法分析了横桥向地震作用下非规则梁桥梁体与抗震挡之间的碰撞对结构横桥向地震反应的影响,探讨了减轻碰撞和限制相对位移的措施和方法。研究结果表明:梁体与抗震挡块间的碰撞不仅产生很大的撞击力,还会导致桥墩的地震需求增大,对结构抗震不利。通过在抗震挡内侧安装橡胶缓冲垫,可以极大地减小梁体与抗震挡之间的碰撞力,同时减小矮墩区桥墩的墩顶横向位移和墩底塑性转角,不显著增加高墩区桥墩的墩顶位移和墩底塑性转角。     

近断层地震动下摇摆-自复位桥墩地震反应分析

为讨论摇摆-自复位（Rocking Self-Centering,RSC）桥墩在近断层地震动下的地震反应,基于OpenSees数值分析平台建立了RSC桥墩抗震分析模型。同时建立了普通钢筋混凝土（Reinforced Concrete,RC）桥墩,配置竖向无粘结预应力筋（Unbonded Prestressed Reinforced Concrete,PRC）桥墩的抗震分析模型作为对比。对各模型输入近断层地震动记录,进行增量动力分析。以墩顶最大位移角、残余位移角、预应力筋最大应力为考察目标,对比分析了不同墩高（剪跨比分别为2、4和6）、不同桥墩类型（RSC、RC和PRC桥墩）时各桥墩的地震反应。结果表明:随着耗能钢筋配筋率增加,RSC桥墩墩顶最大位移角和预应力筋最大应力均减小;RSC和PRC桥墩均可有效减少桥墩震后残余位移角。耗能钢筋配筋率与PRC桥墩纵筋配筋率接近的RSC桥墩,两者的最大墩顶位移角、残余位移角和预应力筋应力水平均接近。无论是RSC桥墩还是PRC桥墩,当剪跨比大于等于6.0时,易发生预应力筋失效。为避免预应力筋失效引起RSC桥墩产生过大的墩顶残余变形,RSC桥墩中耗能钢筋配筋率不宜低于0.75%。     

尺寸效应对钢筋混凝土桥墩抗震性能影响的试验研究

通过两个符合相似关系的钢筋混凝土桥墩水平低周往复加载试验,分析尺寸效应对桥墩抗震性能影响。依据量纲原理,分别比较试件墩顶力-位移曲线、墩底塑性区截面弯矩-曲率曲线、墩顶滑移位移分量及桥墩能量耗散能力,结果表明,两试件墩顶水平抗力、截面抵抗弯矩和曲率延性基本符合相似关系,无明显尺寸效应;但由于纵筋粘结滑移的三维影响,缩尺试件墩顶水平位移包含较大滑移位移分量,同比耗能偏低,尺寸效应显著。基于此,针对弯曲主导破坏桥墩,根据简化曲率分布模型和纵筋滑移模型,分别计算墩顶弯曲位移和滑移位移分量,推导给出模型试验中桥墩位移延性的建议反演公式。     

近场爆炸时混凝土桥墩的动力响应分析

为研究爆炸荷载作用时混凝土桥墩的动力响应,基于爆炸基本理论,开展近爆作用下混凝土桥墩的数值模拟与破坏模式研究,并通过方柱墩与圆柱墩对比、墩柱配筋方式与爆心位置变化等分析墩柱底部的水平位移和水平速度时程变化,进而研究墩柱的抗爆性能与破坏形态。研究结果表明:同等条件下圆形墩柱的抗爆能力要优于方形墩柱;爆炸荷载作用下墩柱纵向主筋的配置可改变墩柱的破坏形态,且墩柱底部的抗剪能力主要靠纵向主筋提供,箍筋的抗爆作用有限;近场爆炸时地基对墩柱底部的约束作用明显,进行墩柱抗爆设计时,可以结合基于性能的抗震理论实现墩柱底部的塑性铰设计。     

铁路柔性桥墩横向抗震加固方法的理论探讨

铁路桥墩的抗震加固是工程中常见的问题之一。针对铁路柔性桥墩横向抗震条件相对较差的情况,基于隔震及减震控制的原理,提出了两种抗震加固方法—墩顶隔震法和相邻桥墩组合振动控制法。建立了相应的计算模型,推导了其振动及控制方程,并进行了理论上的分析研究。研究结果表明:这两种方法都能有效地减小桥墩地震响应,从而达到对桥墩进行抗震加固的目的。     

外置可更换耗能器的预制拼装自复位桥墩抗震性能试验研究

基于抗震韧性设计理念,结合装配式结构技术,发展了具有外置可更换耗能器的自复位预制拼装桥墩结构。开展了两组自复位预制拼装桥墩模型结构的拟静力往复加载试验研究。介绍了往复加载过程中自复位预制拼装桥墩的受力行为及损伤过程,分析了其力-位移滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、预应力筋张拉力变化、残余位移、接缝开口、墩底受压区高度等抗震性能。结果表明:外置耗能部件具有良好的可更换性和耗能能力,更换前后桥墩的抗震性能基本一致。自复位桥墩力-位移滞回曲线呈现出明显的"旗帜"型形态,残余位移较小,具有良好的自复位能力。随墩顶水平位移增加,墩柱内轴向预应力筋张拉力基本呈线性增加,更换耗能器后预应力筋的预应力损失减小。墩底外包钢管有效地抑制了局部混凝土压溃,钢管没有出现局部外鼓等损伤破坏。     

隔震体系对摇摆自复位高墩工作性能的影响

为提高摇摆自复位高墩的隔震性能,将铅芯橡胶支座及液体黏滞阻尼器与摇摆自复位高墩进行组合形成了2种不同的隔震体系。以2种不同强度下的3条地震动作为输入,采用OpenSEES利用动力时程分析方法对各隔震体系的地震动响应进行了分析。通过对墩身最大剪力、墩身最大弯矩、墩顶最大位移和主梁最大位移的隔震指标及最大墩梁相对位移绝对值的对比发现:墩梁固结条件下在桥台与主梁间设置液体黏滞阻尼器的体系2和墩、梁间设置铅芯橡胶支座且在桥台与主梁间设置液体黏滞阻尼器的体系3分别适合作为软土场地和硬土场地上修建的摇摆自复位高墩的隔震体系。     

铁路重力式桥墩抗震计算简化模型研究

针对低配筋铁路重力式桥墩破坏时仅在墩底形成一条主裂缝,墩底混凝土压碎不明显,未形成塑性铰区,且动力作用下有明显摇摆现象的特征,提出了一种适用于该类桥墩的抗震计算简化模型,即在自由摇摆桥墩双弹簧模型的基础上再加上考虑纵向钢筋仅受拉的两个弹簧的四弹簧模型。依据模型桥墩试验结果确定了仅受拉弹簧刚度的参数取值;通过静力作用下和动力作用下的四弹簧模型计算值与试验值对比,验证了四弹簧抗震分析模型可用于铁路重力式桥墩的抗震简化计算。     

双柱式摇摆桥墩结构体系地震反应和倒塌分析

摇摆构造可将地震损伤控制在摇摆界面内,以避免主体结构损伤破坏,且具有较好自复位能力。为研究一种双柱式摇摆桥墩结构体系的地震反应,基于拉格朗日方程和动量矩守恒定理给出计算该双柱式摇摆桥墩结构体系动力反应的刚体动力分析模型,并进行了实例分析、参数分析和倒塌分析。研究结果表明:采用工程实际尺寸的双柱式摇摆桥墩结构体系可满足我国桥梁抗震设计规范的E2地震抗震设计需求;桥墩宽高比和尺寸的增大可减小结构体系的地震反应;给出在Ricker小波作用下的倒塌加速度谱和两种倒塌模式,以及倒塌模式过渡现象需要在抗震设计中得到重视的建议,并提出一种墩底扩大截面的抗倒塌措施。     

脉冲型地震作用下自由摇摆墩的反应特性研究EI北大核心CSCD

鉴于摇摆构件可将地震损伤控制在接触面附近,并具有较好的自复位能力,具备摇摆特性的构件在减隔震研究中日渐受到研究者的重视。为研究在不同形式脉冲激励下自由摇摆墩柱的响应,基于简单激励模型对摇摆墩的反应进行分析,确定了影响摇摆响应的关键参数。结果表明:简单正弦激励幅值增大时,自由摇摆墩更易倾覆;正反Ricker激励作用时,随着尺寸-频率参数的逐渐增大,无量纲加速度也逐渐增大;反对称Ricker激励时,摇摆谱会有较大角度的翻转,即摇摆初期,随幅值增大,可能反而存在激励频率较小的情况。对不同类型地震激励下自由摇摆墩的反应特性进行了分析,统计表明,当高度较大时,墩顶位移峰值与高度关系较小。在此基础上,提出基于“等侧移”摇摆谱的墩设计方法,并给出设计算例,验证所提设计方法的合理性,为摇摆墩设计提供了理论支撑。     

直接基于位移的非规则减隔震桥梁抗震设计

根据性能抗震设计的思想,提出一种高低墩减隔震桥梁直接基于位移的抗震设计方法,该方法可设计各桥墩配筋率及支座参数,使纵桥向地震作用下各墩保持弹性、各支座达到相同的损伤状态,并实现地震剪力或墩底弯矩的均匀分配。以某工程背景桥梁为例进行直接基于位移的设计,并建立有限元模型进行非线性时程分析,比较两者结果,验证所提方法的有效性。此外,对比了剪力均匀和墩底弯矩均匀这两种地震力分配方式下桥梁的地震响应。对于各墩采用相同截面尺寸和配筋的减隔震桥梁,当按照该方法进行设计时,推荐采用墩底弯矩均匀的地震力分配方式,该分配方式能更好的发挥材料性能、节约工程造价,但同时应保证墩高较低的桥墩有足够的抗剪能力。     

强震下不同站桥组合体系抗震性能对比研究

为系统对比不同站桥组合体系抗震性能的优劣，以某实际工程项目为背景，分别建立站桥合一结构与站桥分离结构的三维有限元非线性动力分析模型。在综合考虑墩柱非线性以及扩大基础、砂石垫层及地铁顶板之间非线性滑动摩擦效应基础上，深入探讨了两种结构形式在强震下的动力响应以及桥墩损伤规律。研究表明：在讨论范围内，两种站桥组合体系中桥墩下的地铁车站立柱动力响应均大于其他立柱；而相比站桥合一结构，站桥分离结构可以有效降低地铁车站立柱及桥梁结构中桥墩的弯矩与剪力响应，其墩梁相对位移更小，但存在一定残余位移；同时站桥分离结构中桥墩损伤程度更轻，出现塑性状态的时间更晚。整体而言，站桥分离结构的抗震性能更为优异，但在实际工程中需注意对墩梁相对位移及基础滑移的限位。     

预应力连接预制节段桥墩拟静力试验数值仿真分析

预应力连接预制节段桥墩已在美国低震区桥梁中得到较多应用,但在我国的工程应用甚少。由于预制节段桥墩的震害资料缺乏,震害经验不足,且其抗震机理不明确、设计方法不完善,在强震区较少应用。该文基于预应力连接预制节段墩柱缩尺模型的拟静力往复试验测试,采用有限元分析软件ABAQUS建立其精细化数值模型,进行了单向、斜向往复荷载作用下墩柱拟静力试验数值仿真,将桥墩的损伤特征、滞回行为、墩内竖向预应力和预制节段间接缝开口量与试验测试结果进行了对比分析。结果表明：该文建立的预制节段桥墩数值模型可较好地再现拟静力试验结果,试验和模拟结果均表明斜向加载的预制节段墩柱较单向加载的构件损伤更为严重,构件屈服更早,残余位移较大,墩柱最大偏移率达4%时其残余偏移率已超过1%。常规设计中桥墩按纵桥向或横桥向单向抗震设计偏于不保守,特别是考虑震后功能可恢复或可修复时建议考虑多向地震作用影响。     

三水准地震下隔震结构提离摇摆界限谱模型研究及试验验证

准确评价隔震结构的摇摆响应状态是判断地震作用下隔震支座是否稳定以及结构是否安全的重要基础。根据支座的不同受力变形状态,提出隔震结构的摇摆界限状态,即未提离、提离和摇摆状态,并提出了基于刚体摇摆模型的状态判别方法。通过地震时程分析,讨论了高宽比AR、竖向屈重比α_v、水平屈重比α_h、竖向周期T_v、水平周期T_h、系统阻尼比η等参数对隔震结构摇摆响应的影响,得到了隔震结构未提离、提离、摇摆的界限谱以及各参数对界限谱的影响规律,并通过两个振动台试验进行验证。分析结果表明,摇摆响应随α_v,T_h,η的增加而减小,随AR,T_v增加而增大,其中T_v,T_h对摇摆响应的影响最大,控制摇摆响应最关键的措施是增加T_h、减小T_v。     

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。     

摆式惯容-零二次刚度自复位阻尼器并联加固双柱墩抗震性能研究EI北大核心CSCD

提出一种由摆式惯容(PI)和零二次刚度自复位阻尼器(ZSCD)并联组成的新型阻尼系统(IZSCD),用以加固钢筋混凝土双柱墩,以减轻自复位支撑加固对双柱墩桥基底剪力及加速度的不利影响。通过对IZSCD加固结构单自由度线性化系统的卷积积分和数值时程分析,提出并验证了含惯容系统位移反应谱。基于该反应谱,用直接基于位移设计(DDBD)方法对IZSCD加固双柱墩进行抗震设计,并用弹塑性时程分析验证了设计结果。进而研究了惯质比和杠杆放大比等对加固结构抗震性能的影响。结果表明,所提出IZSCD能有效减小自复位加固双柱墩桥的加速度和基底剪力。该研究提出了一种兼顾位移、加速度和基底剪力的双柱墩自复位加固技术,并为该类加固结构的抗震设计提供指导。     

连续刚构桥双薄壁墩墩顶水平位移的计算与分析

为了减小温度变化、混凝土收缩徐变、汽车制动力对连续刚构桥上部结构纵向水平变位的影响,合理地确定连续刚构桥薄壁墩的墩顶水平位移和抗推刚度。本文通过提出薄壁墩在不同边界条件下的计算图式,以能量法和结构力学方法为基础,推导连续刚构桥薄壁墩墩顶水平位移和抗推刚度的计算公式。结果表明:按墩底、墩顶均固结的边界条件计算得的双薄壁墩墩顶水平位移比较符合结构实际受力状况,且随着双薄壁墩墩中心距的增大,双薄壁墩的水平抗推刚度逐渐接近于相同截面尺寸的单薄壁墩。     

地震作用下钢筋混凝土桥墩残余位移研究

为更深入了解地震作用下钢筋混凝土桥墩墩顶残余位移与最大位移关系,提出精度更高的残余位移估算方法。首先利用OpenSees地震仿真软件中的纤维梁柱单元建立了钢筋混凝土桥墩的动力计算模型,通过与已有钢筋混凝土桥墩振动台试验结果的对比,验证了计算模型的可靠性;其次通过研究桥墩轴压比、长细比、纵筋配筋率、体积配箍率、纵筋强度硬化系数、纵筋与混凝土强度比等参数对钢筋混凝土桥墩墩顶残余位移延性指标的影响规律;最后通过回归分析建立了残余位移影响系数随以上参数变化的预测公式,并通过已有振动台试验数据验证了计算公式的合理性。研究结果表明:与日本规范相比,推荐公式对残余位移的估算值与试验值更接近,可用于基于性能抗震设计时初步估算地震作用下钢筋混凝土桥墩的残余位移值。     

考虑锈蚀黏结退化的钢筋混凝土桥墩抗震性能分析

受氯离子腐蚀作用影响,钢筋混凝土结构的抗震性能在其服役期内会发生退化。以钢筋混凝土桥墩为例,采用OpenSees有限元软件模拟了非锈蚀足尺桥墩的振动台试验以及锈蚀缩尺桥墩的拟静力试验结果,后者引入了氯离子腐蚀作用模型,同时考虑了桥墩的纵筋力学性能衰减以及粘结退化问题。随后基于概率地震需求模型对足尺桥墩的三种纵筋腐蚀工况进行了易损性分析。研究结果表明:采用非线性梁柱单元与零长度截面单元串联方式建立的数值模型能够有效模拟钢筋混凝土桥墩的足尺振动台试验结果和缩尺锈蚀拟静力试验结果;当纵筋腐蚀率较小时,纵筋的性能退化对墩顶最大位移影响不大,但基底剪力和基底弯矩下降明显;轻微破坏状态下,桥墩的抗震性能受纵筋锈蚀的影响不明显,随着破坏程度的加深,纵筋锈蚀对桥墩抗震性能的影响逐渐显著,较小的腐蚀率能导致桥墩的破坏概率发生较为明显的提高。研究内容可为考虑全寿命周期内性能退化的钢筋混凝土结构抗震设计提供参考。