强震区桥梁隔震体系及大位移构造措施研究

针对强震区采用减隔震技术桥梁应用实例较少的情况,探讨一般隔震装置在强震区桥梁的适用性和一些匹配强震区大位移的构造措施。主要介绍减隔震体系,还包括限位装置、防止落梁装置、桥台撞落构造等。强震区桥梁应根据位移需求选择匹配的大位移构造措施,保证整个减隔震体系在地震时正常发挥作用。     

城市高架曲线桥不同水平地震作用下位移响应对比研究

为明确地震作用下城市高架曲线桥上部梁体位移响应规律,基于ANSYS软件有限元分析,开展了不同水平、不同类型地震作用下上部梁体位移对比研究。研究表明:地震作用下曲线梁桥上部梁体主要表现为切向位移,罕遇地震作用下最大切向位移较最大径向位移增加约1.45倍,出现在端跨桥台位置,该位置应加设纵桥向防落梁装置;最大径向位移出现在中跨位置,应加设横桥向防落梁装置,多遇地震作用下无需加设防落梁装置。罕遇地震作用下,每联桥梁中部墩底截面曲率易超出屈服曲率值而进入塑性,选取的日本海中部T1-111-1地震波振动频率大,各点地震强度强烈,墩底滞回曲线密集。地震作用下曲线梁桥结构上部梁体位移响应规律研究有助于分析地震作用下曲线梁桥结构的损伤特点,在明确城市高架曲线桥防落梁装置研究方面具有重要作用。     

强震下斜交刚构连续梁桥倒塌特性研究

斜交桥的非对称支承特点使得其在地震作用下更容易遭受倒塌破坏,为探究斜交梁桥在地震倒塌过程中表现出的动态特性,建立一座斜交四跨刚构连续梁桥的精细化空间有限元计算模型,采用显式动力接触算法数值模拟强震下斜交箱梁桥的动态倒塌破坏特性,分析了主梁的不规则位移和梁端的碰撞现象。结果表明,斜交梁桥主梁在三向地震动作用下会发生水平面内旋转,不同地震动下主梁的旋转方向不同,梁体旋转过程中会与桥台发生碰撞,碰撞使得倒塌破坏过程中主梁靠近桥台的相对位移明显小于远离桥台的相对位移。梁端横截面碰撞力呈现不均匀分布,主梁锐角处碰撞力大于钝角处碰撞力,截面中心位置处很少发生碰撞,且碰撞作用会显著影响墩台的破坏顺序。墩台对主梁的碰撞实质上是桥梁下部结构对梁体的动态约束和阻挡限制,是主梁的动态约束边界条件。     

桥梁防落梁系统研究现状述评

防落梁系统主要由梁搁置长度、限位装置和连梁装置3部分组成,其目的是防止上部结构在地震中发生落梁失效。文章概述了国内外防落梁系统的研究现状,并对防落梁系统的研究提出了建议。     

地震区简支梁桥防落梁装置的设计

文中指出了对地震活动区域的简支梁桥设置防落梁防止装置的重要性,介绍了防落梁装置的主要应用型式及其特点、选择方法和注意事项,并阐述了常用型式—拉索式防落梁装置的设计步骤、具体构造及其在我国的工程应用实例。认为防落梁装置的设置将为我国桥梁结构在强烈地震作用下的安全提供可靠的保障。     

限位装置对滑动摩擦隔震桥梁地震反应的影响研究

为防止滑动摩擦隔震桥梁位移过大对临跨造成不利的影响,可在桥墩上设置限位装置限制墩梁相对滑动位移,降低滑动摩擦隔震桥梁的纵向位移。本文提出了滑动摩擦隔震支座和限位装置同时使用的抗震构造措施,利用滑动摩擦隔震支座降低固定墩的地震反应,利用限位装置降低墩梁相对滑动位移。建立了同时考虑支座滑动摩擦非线性、限位装置接触碰撞及其材料非线性和桥墩材料非线性的桥梁结构非线性地震反应分析模型,改变活动支座摩擦系数、限位装置与梁体之间的碰撞初始间隙等参数,进行了非线性时程反应分析,针对限位装置对滑动摩擦隔震桥梁的非线性地震反应的影响进行了综合分析。研究表明,限位装置对于限制滑动摩擦隔震桥梁的梁部位移、均衡地震动输入能量在各墩之间的分配有着较大的作用。设计时可通过详细的有限元分析,改变限位装置的间距、刚度等设计参数,使限位装置起到降低滑动摩擦隔震桥梁的纵向位移而不显著增加固定墩地震反应的作用。     

中小跨径板式橡胶支座梁桥横向抗震设计研究

为提高中小跨径板式橡胶支座梁桥在强震作用下的横向抗震性能,在总结汶川震区该类梁桥震害特点和国内外桥梁抗震设计规范中相关抗震设计策略规定的基础上,归纳当前我国板式橡胶支座梁桥横向抗震体系存在的问题,提出适合我国中小跨径板式橡胶支座梁桥的横向抗震设计方法,即允许上、下部结构连接构件牺牲的准隔震设计方法,介绍该抗震设计方法设计思想,给出在两设防水准下结构各部件的性能目标要求。选择一座典型板式橡胶支座简支梁桥为研究对象,基于文中抗震设计方法的设计思想,提出采用新型隔震系统对计算桥例进行准隔震设计。结果表明：通过对横向限位装置力学性能参数的合理设计,通过桥梁结构在强震作用下板式橡胶支座的滑移、横向限位装置的损伤或牺牲,控制上、下部结构间传递的梁体惯性力,保护墩柱和基础等下部结构免遭严重损害,同时能有效控制墩梁相对位移,防止过大的梁体移位导致的交通阻断、甚至落梁。     

桥梁中抗震限位装置设计方法的研究

为防止桥梁上部结构在地震中发生落梁破坏,通常在伸缩缝处安装限位装置。在调查影响伸缩缝处相邻梁体相对位移因素的基础上,根据线性化模型提出一种限位装置设计方法。该方法既考虑了相邻桥跨不同向振动的动力特性,又考虑了相邻梁体间碰撞对相对位移的影响。运用替代结构法考虑墩柱的弹塑性,使用考虑碰撞效应的相对位移反应谱考虑碰撞对相对位移的影响。通过参数研究对提出的限位装置设计方法的可靠性进行验证,并通过与已有的限位装置设计方法相比,评估了所提出的限位装置设计方法的限位效果。与已有的设计方法相比,本文提出的限位装置设计方法与非线性时程分析结果的相关性更好。     

梁式桥防止地震碰撞及落梁装置与措施的研究进展

在强烈地震中,桥梁上部结构在伸缩缝处发生的碰撞能够引起上部结构的破坏,并影响到支座、墩身和基底的受力状态,在地震作用下的落梁现象也多有发生。本文综述了国内外在避免地震时桥梁之间的碰撞及防止落梁措施方面的研究进展,并且介绍了几种纵向连接装置的性能。对进一步研究提出了新的思路。     

地震区简支梁桥防落梁装置的设计

文中指出了对地震活动区域的简支梁桥设置防落梁装置的重要性,并介绍了防落梁装置的主要应用型式及其特点、选择方法和注意事项,同时阐述了常用型式—拉索式防落梁装置的设计步骤、具体构造及其在我国的工程应用实例。防落梁装置的设置将为我国桥梁结构在强烈地震作用下的安全提供可靠的保障。     

基于有限位移的中小跨径梁式桥抗震概念设计

以中小跨径梁式桥的抗震设计方法为研究对象,对汶川地区的中小跨径梁式桥进行了系统、全面的震害调查,总结了梁式桥的震害形式,采用统计分析的方法分析了各类构件的损伤情况,探明了汶川地震中梁式桥具有主梁移位多、支座、挡块震害多、桥墩震害少、主梁落梁少的显著特点;通过振动台试验和数值模拟方法,对梁式桥梁震害的机理进行了研究。结果表明,主梁与板式橡胶支座间的相对滑动起到隔震作用,减小了桥墩的地震内力响应,明显减少了桥墩震害,桥面连续协调了主梁位移,桥台约束了主梁的纵向位移是汶川地震中落梁少的主要原因。根据中小跨径梁式桥震害分析和机理研究,提出了利用主梁与支座间产生有限相对滑动、减小上部结构加速度响应,减少桥墩损伤的抗震设计概念。     

地震作用下西部地区连续梁桥的落梁研究

以西部地区某连续梁桥为例,分析了E1,E2两个设计水准地震作用下连梁装置的抗震性能。研究发现,通过在连续梁梁端设置连梁装置,可以显著降低梁端相对位移,有效减小结构关键截面的地震内力,建议在高烈度区采用连梁装置,以提高连续梁桥的抗震性能。     

汶川大地震公路桥梁震害分析及对策

 对5.12汶川大地震四川重灾区国(省)干线公路1 657座桥梁震害的调查检测结果加以归纳,总结出7种公路桥梁的宏观震害;归纳了梁式桥及拱桥的几种典型震害——移位、落梁、桥墩剪断、压溃和开裂、桥台墙体开裂、桥台肋板和背墙开裂、桥台填料垮塌、拱圈开裂、拱上结构开裂等,并对其进行了初步分析。根据震害,提出了桥位及桥型选择应注意的有关因素,以及针对梁体移位、桥墩破坏等震害的相关抗震对策。     

基于ABAQUS的高层隔震剪力墙结构转换梁内力分析

在带转换层的框支剪力墙结构中,应用基底隔震技术,形成带转换层的框支剪力墙隔震体系。在地震作用下,该体系内力传递途径复杂,得到转换梁、上部剪力墙和隔震支座的受力特点和内力变化规律是该类结构体系成功设计的关键。首先利用有限元软件ETABS对高层框支剪力墙隔震结构进行地震反应分析,然后取三维ETABS模型隔震层、转换梁及上部3层剪力墙组成二维ABAQUS简化模型,分别对剪力墙满跨、中跨和边跨布置的转换梁进行分析,研究了转换梁上部剪力墙、转换梁及隔震支座的内力变化规律。结果表明：三维模型结构在地震作用下,上部结构在水平地震作用可以按抗震设防烈度降低1度进行设计,隔震层最大位移满足支座最大容许位移的要求;二维简化模型结构在外荷载作用下,抵抗水平荷载的能力更好;不同布置的剪力墙与转换梁共同作用抵抗外部弯矩和剪力,剪力墙中跨及满跨布置时,转换梁出现应力集中,边跨布置时剪力墙出现应力集中,隔震设计时应对转换梁与剪力墙进行承载能力验算。     

框支剪力墙中框支梁对多遇地震反应的影响

分析多遇地震作用下框支梁截面高度对其自身地震反应的影响规律,表明降低框支梁截面高度能减小框支梁的多遇地震内力,且框支楼层侧移随框支梁截面高度的减小而增加不大,由此提出适当减小框支梁截面高度对抵抗多遇地震有利。     

从汶川地震框架结构震害谈“强柱弱梁”屈服机制的实现

对汶川地震中钢筋混凝土框架结构的主要震害现象进行了简要分析。重点针对地震中框架结构未出现抗震设计所预期的"强柱弱梁"屈服机制的现象,从填充墙等非结构构件和楼板的影响、可能导致框架梁承载力和刚度增大的原因、造成框架梁端超配筋的原因、影响框架柱承载力发挥的原因,以及结构在大震下受力状态变化和不同受力阶段的梁柱构件的可靠度差异等方面进行深入的分析,并提出了有关建议,为今后框架结构设计实现"强柱弱梁"屈服机制和规范修订提供了参考。     

近断层地震下摩擦型隔震结构与限位装置碰撞反应及防护研究

采用不同的碰撞模型,研究了摩擦型隔震结构(P-F、R-FBI和FPS)在近断层地震作用下与限位装置相碰撞的动态反应特性,给出了不同碰撞的数学表达式以及各模型中参数的具体数值;研究发现,地震中隔震结构若发生碰撞将大大增加结构的层间剪力和加速度反应,且激起结构的高阶振型;不同碰撞模型的计算结果相差在10%以内,但非线性碰撞模型花费的计算时间长,因此在实际工程中采用线性的Kelvin模型精度已足够;上部结构的非线性对碰撞反应有很大影响,碰撞时非线性结构的底层最大剪力较线性结构有很大减小,且层间存在很大的残余位移;同时还研究了基底预留宽度以及上部结构的自振周期对隔震结构碰撞反应的影响;最后提出了加设高阻尼橡胶缓冲器减小隔震结构碰撞反应的防护措施。     

跨度800m凯威特型巨型网格结构在8度多遇地震作用下受力性能分析

以跨度800m凯威特型巨型网格结构为研究对象,对其在多遇地震作用下的受力性能进行研究。基于位移权重系数和内力权重系数,对瑞利阻尼系数计算方法进行了修正。采用时程分析法对跨度800m的凯威特型巨型网格结构进行了8度多遇地震作用下结构反应的计算,对其位移和内力反应进行了分析。结果表明：结构最大位移和最大内力的放大系数在1.1~1.2之间;通过对比振型截断法和振型过滤法,发现由振型过滤法确定的组合振型,可使多维反应谱法的计算结果精度更高且计算速度更快,应用多维反应谱法对结构进行计算,并与时程法的结果进行对比,由两种方法计算得到的内力及位移反应平均误差在10%左右,且反应包络线趋势一致。     

强震崩塌岩体冲击桥墩动力响应研究

 雅(安)-泸(沽)高速公路YK136＋097西冲特大桥16#桥墩岩质边坡发育的陡倾坡外结构面与风化卸荷裂隙构成倒悬危岩体。该区属高地震烈度区(VIII度),运用非连续变形数值分析(DDA)方法,对危岩体在强震作用下的失稳模式、破坏规模、运动轨迹及对桥墩冲击的动力响应进行模拟研究。演进过程如下：强地震力作用产生放大效应,使突出山梁部位岩体首先震裂、抛掷,接续为中下部岩体沿卸荷拉裂面溃崩解体,滑体进而沿主控结构面整体滑塌、冲击桥墩。统计分析坡体及桥墩监测点位移大小和变化特征,表明桥墩上各监测点位移与地震节律呈正相关,在失稳岩块撞击及堆积岩体推挤作用下,系梁与桥墩顶端变形及永久位移较墩身其他位置大,这一过程与“5•12”汶川地震滚石冲击桥梁破坏现象吻合。在对坡体及桥墩变形量化分析基础上,依据强震触发崩塌特征提出了桥梁边坡危岩防治方案。     

半整体式桥台无缝化斜交桥的抗震性能分析

为了掌握半整体无缝斜交桥的动力特性和地震响应特点,采用MIDAS/Civil建立了湖州贯边桥的有限元模型,进行了动力特性分析,并运用反应谱法和地震时程法对无缝化斜交桥进行了地震响应分析。结果表明:梁端台后土对桥梁的约束作用随斜交角的增大而逐渐减弱;主梁梁端台后土的作用对桥梁结构是有利的,可以有效约束桥梁纵飘;在进行地震安全性分析时,用反应谱法所得的墩底内力和墩顶位移均大于时程分析法;在进行半整体无缝斜交桥的工程设计时,应以垂直于盖梁方向输入地震动计算固定支座所产生的墩顶位移来控制桥梁的抗震安全性;所得研究成果为半整体式桥台无缝化斜交桥的抗震设计和研究提供了可参考资料,对该桥型的实际工程应用和发展起到了推动作用。