多维地震作用下隔震桥梁地震反应（Ⅱ）——理论分析与试验结果比较

为了研究铅芯橡胶支座(LRB)隔震桥梁在双向水平地震激励下的非线性地震反应,首先用Bouc-Wen模型模拟水平正交两向作用力条件下LRB支座非线动力行为的双向恢复力特性.在此基础上,提出一种双向水平地震激励下多跨连续隔震桥梁的非线性地震反应分析模型以及求解方法,并通过隔震连续梁桥结构模型振动台试验证实了所建立双向多自由度计算模型的正确性,以及铅芯橡胶隔震支座两水平方向力变形相互耦合作用模型的合理性.因此,对隔震桥梁LRB支座进行设计时,建议考虑支座恢复力的相互耦合作用;多维地震动输入时,特别是竖向地震分量较大时,进行橡胶支座设计时应考虑铅芯橡胶支座上有竖向拉力产生的情况.     

多维地震作用下隔震桥梁地震反应（Ⅰ）——模型结构振动台试验

为了研究多维地震作用下隔震梁桥结构振动特性和隔震效果,隔震支座两水平正交方向力-变形关系以及竖向性能等,对方形铅芯支座隔震连续梁桥结构模型进行了下模拟地震振动台试验.在水平单向、双向及水平双向和竖向同地输入地震波时,对桥梁模型结构桥面和桥墩顶部加速度反应,位移反应,以及隔震支座两水平正交方向力-变形关系和竖向力反应等进行了相关研究,得出若干对桥梁隔震设计有价值的结论.     

考虑橡胶支座作用的桥梁多次竖向碰撞力的计算

考虑桥梁橡胶支座的作用,建立了双跨连续梁桥的梁-弹簧-杆模型,采用瞬态波函数展开法和组合体瞬态内力法,提出了在先期到达的竖向地震激励作用下,桥梁结构竖向碰撞力的理论求解方法,计算结果表明本文方法可以合理地求解桥面与橡胶支座的多次竖向碰撞力。通过对不同竖向地震反应谱、不同桥梁跨度和不同竖向地震激励幅值下的碰撞次数和碰撞力的计算和分析表明,在浅源近场竖向地震作用下,桥梁可能出现竖向碰撞现象,桥面与橡胶支座的竖向碰撞力的幅值大,对桥梁具有相当大的危害。研究表明,竖向碰撞现象的出现很有可能存在两个条件,即竖向地震激励周期逼近于桥梁整体结构的固有振动周期,以及竖向地震激励幅值超到某个确定的阀值。另外,计算结果还表明,竖向碰撞力随竖向地震激励周期、幅值和桥跨长度的变化,呈现出复杂的非线性效应。     

竖向地震动对桥梁结构地震反应的影响

利用支座接触摩擦单元模拟竖向地震动在桥梁结构地震反应分析中的作用,通过算例讨论了竖向地震动对不同支座摩擦系数和不同刚度(墩径)的桥梁的抗震性能的影响,讨论了竖向地震动的激励方向对分析结果的影响,分析结果表明,竖向地震动对桥梁结构的地震反应尤其是支座剪力及竖向反力有较大的影响,在高烈度区应予以考虑。     

多幅框架式曲线梁桥地震损伤分析

为了探索具有铰接构造的多幅框架式曲线梁桥地震损伤特性,通过OpenSees地震工程分析平台建立该类型桥梁的非线性动力模型,应用非线性时程分析研究该桥型的地震反应特征,探讨了结构整体布置和主梁转动惯量对该桥型框架整体振动过程及桥墩损伤程度的影响;同时建立橡胶支座的弹塑性剪切失效模型,探讨了桥台支座的破坏形式。研究结果表明:在地震荷载下,非对称的多幅框架式曲线梁桥各幅框架振动不一致;桥梁两侧较矮墩的墩顶和墩底的地震反应最大,容易产生钢筋屈服现象;桥台处的橡胶支座纵向变形较大,有发生剪切失效破坏的可能。桥墩的对称布置有利于各个框架间的整体振动;主梁转动惯量极大地影响较高墩横向地震损伤的程度。     

汶川地震回澜立交桥震害成因分析

绵竹市回澜立交桥为典型的小曲率半径梁桥,在汶川地震中该桥桥墩普遍出现塑性铰压溃破坏。基于对回澜立交匝道桥的震害情况调查,建立桥梁三维动力数值模型,进行了动力特性及动力时程分析,在时程分析中考虑了材料弹塑性、边界碰撞效应以及支座滑移效应等关键非线性因素,并研究了各因素对桥梁地震动响应的影响,最后,基于定性与定量分析的结论,得到了回澜立交匝道桥的震害成因。     

近场竖向地震激励下桥梁支座对竖向碰撞的影响

考虑桥梁支座的作用, 针对两跨连续梁桥的竖向碰撞问题, 建立了梁-弹簧-杆连续体模型. 采用瞬态波特征函数展开法和组合体瞬态内力法, 推导了多次竖向碰撞问题的理论解, 分析了桥梁支座对竖向碰撞的影响. 研究结果表明:桥梁支座直接影响桥面与桥墩的局部碰撞接触刚度, 显著影响竖向碰撞响应, 包括碰撞次数、竖向碰撞力和碰撞位移响应等. 桥梁支座对竖向碰撞具有显著的吸能减震效果, 且影响竖向碰撞响应的基本特征, 如次碰撞出现的频次和响应的频率. 当近场竖向地震激励周期逼近桥梁的固有振动周期时, 桥面上抛跳起, 与桥梁支座产生剧烈竖向碰撞. 由于调节桥梁支座的刚度可以改变桥梁的固有振动周期, 因此, 合理设计桥梁支座对于降低竖向碰撞的破坏作用, 提高桥梁结构抵抗竖向地震的能力, 具有重要的价值.     

板式橡胶支座滑动的地震响应分析

支座是桥梁中的支承部分,是连接桥梁上部结构和下部结构的重要构件,板式橡胶支座常直接放置于墩顶,水平力传递完全靠接触面间的摩擦力作用,在地震作用下可能会发生滑动。通过建立单墩计算模型,对板式橡胶支座滑动的动力性能进行分析。为了克服由于板式橡胶支座滑动引起的梁体移位震害的不足,以一连续梁桥为研究背景,利用Midas软件进行了非线性时程反应分析,探讨目前板式橡胶支座桥梁所存在的问题,提出将梁桥中对称桥墩处改置一铅芯橡胶支座的地震位移控制方法。结果表明：该方法能够有效地控制支座以及其上梁体的地震位移,减少落梁震害的发生。     

考虑双向耦合非线性的LRB隔震桥梁地震反应分析

为了研究铅芯橡胶支座(LRB)隔震桥梁在双向水平地震激励下的非线性地震反应,首先建立了模拟水平正交两向作用力条件下LRB支座非线动力行为的双向耦合弹塑性恢复力模型,这一双向耦合弹塑性模型中的单向力和变形关系的骨架曲线为双线性。在此基础上,提出了一种双向水平地震激励下多跨连续LRB隔震桥梁的非线性地震反应分析模型以及求解方法,并对考虑和忽略LRB支座恢复力的双向耦合作用时隔震桥梁的非线性地震反应进行了算例比较分析。研究表明这种双向耦合作用对隔震桥梁的地震反应有重要影响,如果忽略这些相互作用的影响,支座位移的峰值将被低估,这对隔震桥梁设计是不利的。     

行波效应对深水连续刚构桥地震响应的影响

跨海或库区的大跨度桥梁在地震作用下不仅需要考虑水体与桥墩的动力相互作用,同时由于各桥墩间跨度较大应考虑地震输入的行波效应。该文采用辐射波浪理论求解桥墩地震动水压力,建立了考虑地震动输入空间效应的深水桥梁地震响应分析方法,并考虑行波效应对深水连续刚构桥进行地震响应分析。研究表明:动水压力增大了桥梁结构的地震响应,其影响程度随着输入地震波和墩梁约束条件的不同而有所差异;考虑行波效应时地震动水压力对桥梁结构动力响应的影响较一致激励而言有所差别,同时地震动水压力对桥梁地震响应的影响随着视波速的不同而变化。由此得出结论,为合理评价地震动水压力对深水长大桥梁动力响应的影响应考虑地震动输入的行波效应。     

双轴压弯作用下RC桥墩矩形空心截面性能评价

针对双轴压弯作用下钢筋混凝土(RC)空心截面性能评价问题,该文根据双轴压弯作用下RC矩形空心截面中和轴布置的不同形式,推导了双轴压弯作用下其承载力计算公式和曲率计算公式。对双轴压弯作用下轴压比、配筋率和配箍率不同的3个RC矩形空心截面试件体桥墩的墩底控制截面,进行了承载力和转动延性分析,得出其在给定轴力作用下的M_x-M_y曲线和弯矩-曲率曲线,并通过其双轴压弯循环荷载试验,验证了分析结果的正确性和精确性。在此基础上,对一连续刚构桥梁的RC矩形空心桥墩的承载能力、截面转动延性以及相关参数进行了分析。结果表明,双轴压弯作用下两主轴方向弯矩耦合作用降低了截面的极限承载能力,单轴压弯作用的截面设计对结构是偏于不安全的;随中和轴与某一轴夹角的增大,该轴极限弯矩和曲率逐渐减小,而沿另一主轴方向的极限弯矩和曲率逐渐增大,但均小于其强轴方向的极限弯矩和转动曲率,该文的结论可为RC矩心空心截面桥墩的抗震设计和性能评价提供参考。     

连续梁桥边墩不均匀沉降下轨道层间变形协调关系及动力学应用

高速铁路连续梁桥边墩沉降将造成其上简支与连续梁桥的共同变形,边墩不均匀沉降差引起的轨道几何形位改变直接影响列车运行平稳性和安全性。该文基于APDL建立考虑引桥与路基及其上轨道结构影响的高速铁路CRTS II型无砟轨道-变截面连续梁桥系统精细化仿真模型,通过大量的仿真计算,探明了边墩不均匀沉降差与轨道几何形位改变的轨道层间变形协调机理。基于线性回归方法获得了不同连续梁桥跨度条件下,边墩不均匀沉降差与轨道几何形位改变的层间变形协调关系的定量函数表达式,进而采用该仿真模型、文献模型及列车-轨道-桥梁耦合动力学理论验证其拟合精度和正确性。最后基于定量函数表达式研究了边墩不均匀沉降差对列车运行平稳性和安全性的影响。结果表明:三种模型计算结果吻合良好,说明该文定量函数表达式具有较高精度;在边墩不均匀沉降工况下,存在激振频率接近车体自振频率的临界跨度,发生共振时,显著恶化列车运行平稳性;采用大跨度连续梁桥可有效降低边墩不均匀沉降差、提升乘坐舒适度、降低轮轨力及缓和列车与轨道动态作用效应;沉降差小于25 mm时,轮重减载率随跨度的增大而显著减小。     

高强钢筋混凝土桥墩抗震性能试验研究与分析

通过拟静力试验研究配置高强钢筋混凝土桥墩的抗震性能。分析桥墩试件的破坏形态,对往复荷载作用下桥墩试件的滞回特性、承载能力、延性性能、耗能能力等抗震性能指标进行比较研究。分析轴压比、剪跨比、箍筋间距及钢筋强度等对抗震性能的影响规律。研究表明:配置高强钢筋混凝土桥墩试件的破坏形态与配置普通钢筋的混凝土桥墩的一致,剪跨比较小的桥墩变形能力有限,呈弯剪破坏形态;剪跨比较大的桥墩变形能力较大,呈弯曲破坏形态。提高轴压比虽能提高试件的承载能力,但使其抗震性能指标降低,不利于桥墩抗震。提高钢筋强度和加密箍筋能提高其各方面的抗震性能指标,有利于结构抗震。     

钢管混凝土组合桁梁-格构墩轻型桥梁非线性地震响应分析

以干海子大桥第二联为原型,建立基于纤维单元的三维有限元简化模型,分析该钢管混凝土组合桁 梁-格构墩轻型桥梁在地震作用下的响应特性,讨论进入非线性后桥墩屈服顺序和内力重分布效应。通过与精细有限元模型、实桥测试、振动台试验比较验证了该文建立的简化单梁计算模型的正确性。以桥墩柱肢钢管边缘应变为判断标准,确定了水平最不利地震动输入方向为两端支座连线的法线方向,同时需要考虑竖向地震动的影响。通过地震响应分析表明,在设计地震动下桥梁处于弹性状态;进入塑性后,格构墩和复合墩以面内受力为主,轴力增幅小于地震动增幅,墩顶位移增幅大于地震动增幅;复合高墩面内弯矩增幅大于矮墩,有利于全桥的抗震。     

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。     

基于有条件模拟方法的桥梁抗震分析

该文研究地震空间变异性对桥梁地震响应的影响。依据经过加速度幅值调整的EI-Centro地震波和空间相干模型,采用条件模拟算法-多变量线性预测(MLP)法合成继承选用记录物理特性的多点地震动,并通过大质量法将其施加到桥梁结构上。以一座高墩大跨曲线连续刚构桥为研究对象,分析比较地震动行波激励和完全空间变异性激励作用下的桥梁动力响应,研究结果表明:大跨度桥梁地震响应分析应考虑完全空间变异性的影响,有条件模拟技术可以应用于桥梁抗震分析。     

FRP约束RC矩形空心截面桥墩分析模型及试验验证

针对纤维复合材料(FiberReinforcedPolymer,FRP)约束钢筋混凝土(RC)矩形空心截面墩的抗震性能分析问题,该文提出了一种考虑有效强度系数和面积配箍率的FRP有效侧向约束力的简化计算方法。并通过与试验体桥墩的墩顶水平位移-承载力、墩底截面转动变形-弯矩曲线的对比分析,验证了该文提出简化计算模型的正确性。最后,基于该文提出的简化计算方法,对不同种类FRP约束RC矩形空心截面墩截面的抗弯承载力、曲率、塑性转动能力等抗震性能参数进行了研究,结果表明环包FRP布对空心墩的延性贡献较大,对提高其承载力影响较小。     

轻型铁路桥墩横向振动问题研究

针对铁路提速后大部分轻型墩桥梁横向车桥耦合振动幅值过大这一问题,提出采用多重调谐质量阻尼器MTMD(Multiple Tuned Mass Damper)对其进行控制。首先将被控桥墩简化为单自由度体系,建立了桥墩-MTMD系统力学模型和运动微分方程,全面系统地分析了MTMD各设计参数对动力放大系数的影响规律。经分析可知,MTMD的频带宽度、阻尼比、质量比、中心频率比和TMD的个数对结构振动控制有重要影响,应对其进行优化。在此基础上,以某特大桥的轻型墩为例设计MTMD,并对采用MTMD控制铁路轻型墩横向车桥耦合振动的效果进行了模拟分析,分析结果表明:MTMD能够有效地控制铁路轻型桥墩的横向振动,但减振效果与桥墩振动时程特征有关。