多跨连续梁-刚构桥地震易损性分析

为研究多跨连续梁-刚构桥地震易损性,基于OpenSEES平台,建立实际桥梁非线性地震反应分析模型。通过增量动力分析,建立不同桥墩、支座及桥台等桥梁构件易损性曲线,分析了全寿命周期内桥梁关键抗震构件桥墩的时变地震易损性,采用界限法估算桥梁结构系统的失效概率,研究算例桥梁的系统易损性。结果表明：在同一损伤状态下,1^#与4^#桥墩较易出现损伤,5^#桥墩其次,2^#和3^#桥墩的概率最小,即墩高、材料强度及墩顶约束均会影响其易损性;桥台处支座相比于桥墩处支座,更易产生损伤;两桥台易损性曲线斜率较大,其发生同一损伤的概率无明显差别;全寿命周期内耐久性损伤后桥墩轻微损伤、中等损伤及严重破坏的超越概率显著增大,中等损伤状态下的超越概率分别增大3.1%、11.3%、20.9%、29.1%、34.1%,严重损伤状态下分别增大3.9%、13.5%、25.1%、33.4%、35.4%。桥梁系统易损性大于各构件,采用单个构件易损性来评估桥梁易损性会高估桥梁抗震性能。     

近断层地震下连续梁桥随机振动与易损性分析

由于桥梁建设场地难免会靠近地震活动断层,为了评定近断层地震动作用下连续梁桥的地震安全性水平以及提高抗震性能,亟待发展连续梁桥非线性随机地震动力响应与易损性分析的统一、准确方法。考虑到近断层地震动是典型的随机过程激励,本文提出了基于直接概率积分法的连续梁桥结构非线性随机振动响应与地震易损性准确、通用分析的新框架。发展直接概率积分法,准确高效地计算连续梁桥结构的随机振动响应;结合连续梁桥多种失效状态,根据动力可靠度的首次超越破坏准则,利用直接概率积分法对连续梁桥进行了地震易损性分析。最后,展示了近断层随机地震动激励作用下四跨非线性连续梁桥算例结果,验证了直接概率积分法的准确性特点。比较了近断层脉冲型和无脉冲地震动对非线性连续梁桥地震易损性曲线的影响。结果表明：近断层地震动的速度脉冲显著加剧了连续梁桥结构受到的地震破坏,增大了桥梁结构进入不同破坏状态的超越概率。     

海底地震动作用下隔震桥地震反应

为确定海底地震动对跨海桥梁的影响,以跨海桥梁常使用的隔震连续梁桥为研究对象,输入4次地震中相邻陆地与海底强震台站的7组实测强震记录,通过对比墩顶位移与加速度、墩底弯矩与剪力、墩顶相邻主梁的相对位移、以及隔震支座的耗能与位移等,分析海底地震动对隔震梁桥地震反应的影响。研究表明:海底地震动作用下,结构的地震反应与支座位移均明显增大,并可能造成支座损伤等破坏。     

冲刷作用下桥墩结构体系的屈曲荷载计算

为分析冲刷对桥墩结构体系承载力的影响,在土-桩-桥墩结构相互作用的基础上提出桥墩-群桩的等效结构体系,考虑了滑动橡胶支座和承台作用,推导桥墩结构体系的屈曲荷载计算公式.以苏通大桥的辅助桥墩为例,分析了冲刷深度、桩墩刚度比、桥墩高度、承台重量和滑动橡胶支座对屈曲荷载的影响.结果表明,当冲刷深度从0m增加到90m时,屈曲荷载降低了69.3%.桩墩刚度比、桥墩长度和橡胶支座等对群桩-桥墩结构体系的稳定有较重要的影响,承台重量对结构体系的静力稳定影响较小.在实际工程中,可优化桥墩和群桩的刚度比、长度比,使得结构体系拥有合理的刚度分布,从而在冲刷作用下可在一定程度上减缓桥墩-群桩结构体系的屈曲性能的降低.在桥墩结构体系的屈曲荷载计算中,应考虑滑动橡胶支座刚度的影响.     

不等高桥墩铁路减隔震桥梁钢阻尼支座地震易损性

以设置E型钢阻尼装置的不等高桥墩高速铁路减隔震简支梁桥为对象,建立考虑轨道约束的全桥非线性有限元分析模型,并进行100条地震动作用下的非线性时程分析.从基于性能要求的抗震设计思想出发,采用位移和能量双重破坏准则,提出同时考虑最大变形效应和累积损伤效应两方面效应的钢阻尼支座损伤指标,采用可靠度概率分析方法形成钢阻尼支座在不同损伤状态下的易损性曲线.结果表明,地震作用下不同支座在各损伤状态下的易损性差异明显,对于桥墩高度差异较大的铁路减隔震桥梁,宜根据桥墩刚度的不同进行减隔震设计,对刚度较小的高、中墩处的钢阻尼支座,设计时应留有必要的安全储备.     

考虑墩-梁碰撞效应的连续刚构桥系统易损性 与概率地震风险性分析

为研究连续刚构桥主梁与过渡墩碰撞效应对其地震系统易损性和概率地震风险性的影响,以一座主桥跨径为(120+220+120)m的连续刚构桥为研究背景,先通过模拟实际施工过程以获得真实成桥内力状态,然后基于等效荷载法建立考虑该内力状态的动力弹塑性分析模型,再采用Hertz-damp接触模型着重考虑包括主梁与过渡墩碰撞在内的伸缩缝处碰撞效应。选取90条具有速度脉冲的脉冲型近断层地震动沿纵桥向输入,通过时程分析解释了墩梁碰撞过程和破坏机理;采用增量动力分析法,通过考虑桥墩和支座权重系数建立全桥的复合系统易损性曲线,并与一阶界限法串联模型下限和并联模型上限系统易损性曲线进行对比,还将场地危险性函数与易损性函数卷积从而建立概率地震风险曲线,进而考察桥梁系统易损性和概率地震风险性,以及墩梁碰撞效应的影响。结果表明：若忽略过渡墩与主桥梁体的碰撞效应,过渡墩的位移反应将会低估3~5倍,其地震风险性概率低估120%,当地震动强度为0.2g~0.6g时轻微破坏和中等破坏的损伤概率被低估了35%~80%,地震动强度为0.6g~1.5g时严重破坏和完全破坏分别被低估了13%~68%和15%~59%。     

全直桩高桩码头结构的地震易损性分析

为研究全直桩高桩码头的地震易损性问题,以某全直桩高桩码头为工程背景,考虑场地和地震动特性的不确定性影响,借助岩土有限元软件Midas GTS NX,建立全直桩高桩码头-地基土相互作用非线性数值模型.将地基土内最大桩基应变作为破坏损伤指标,基于增量动力分析法对所选地震动进行调幅,并逐一进行数值计算,得到全直桩高桩码头的地震易损性曲线,分析了全直桩高桩码头在不同强度地震动作用下不同破坏状态的超越概率.研究结果表明,当地面峰值加速度<0.80g时,全直桩高桩码头结构的破坏状态主要为轻度损伤以及中度损伤;当地面峰值加速度≥0.80g时,发生严重损伤的概率基本超过了50%,码头结构丧失运营能力.以地基土内桩基损伤为指标的易损性分析,描述了地震对全直桩高桩码头结构造成的影响,可为高桩码头的抗震设计和防灾预测提供参考.     

纵桥向变刚度支座布置的V形河谷高低墩梁桥受力性能分析

为合理分配位于V形河谷中高低墩梁桥各桥墩之间的受力,提出了一种纵桥向变刚度支座布置方案和计算方法,然后依托实际工程进行纵桥向变刚度支座方案的设计,比较了采用等刚度支座和变刚度支座方案时桥梁结构的静力性能和抗震性能.结果表明:与等刚度支座方案相比,采用变刚度支座方案可调整整体升降温和混凝土收缩作用下主梁变形零点位置,各桥...     

近场脉冲型地震动横向激励下附加SCEB双柱式桥墩结构易损性分析

为了研究桥墩结构的震后功能可恢复性,针对附加自复位耗能支撑(self-centering energy dissipation braces, SCEB)双柱式桥墩结构进行基于增量动力分析方法的地震易损性分析,采用最大侧移率和残余侧移率作为性能指标,系统探讨其在近场脉冲型地震动作用下的失效概率.为了对比分析,同时选取60条远场无脉冲型地震动记录对附加SCEB桥墩结构进行了易损性分析.结果表明：在小震作用下,SCEB仅为桥墩结构提供刚度和承载力,在大震作用下还可提供耗能能力,同时可以提供良好的自复位能力;附加SCEB可有效降低桥墩结构在近场脉冲型地震动作用下的失效概率(最大侧移率和残余侧移率),特别是残余侧移率;附加SCEB桥墩结构在近场脉冲型地震动作用下的失效概率大于远场无脉冲型地震动作用下的失效概率.自复位耗能支撑可有效减小桥墩结构的失效概率,提高桥墩结构的抗震性能.     

基础冲刷对多种车激作用下桥梁动力行为的影响

为探究基础冲刷与桥梁车激动力行为变化的内在关系,推进基于动力的冲刷识别研究,建立可模拟移动车辆匀速、制动和变速行驶激励的车桥耦合振动分析模型,依托预应力混凝土连续梁桥工程实例,通过数值仿真方法系统研究了基础冲刷对不同行驶状态车辆激励下桥梁动力行为时域和频域特性的影响规律。结果表明:受冲刷桥墩的局部振动模态频率随冲刷深度增加而明显减小,未受冲刷桥墩的模态频率无明显变化。随冲刷深度由1 m增加至4 m,多种行驶状态车辆激励下,桥梁墩顶的纵向位移和加速度响应峰值均显著增大;同一冲刷水平下,车辆制动激励下墩顶纵向位移和加速度响应的峰值最大,且相较于无冲刷工况,响应峰值增幅分别线性增加至72.72%和56.26%;同时,冲刷敏感响应的频谱幅值显著上升,中心频率向低频偏移。研究结果将为基于车激动力响应的桥梁基础冲刷识别提供可行的动力指标和理论基础。     

跨海桥梁上部结构极端波浪(流)作用2019年度研究进展

随着交通事业的蓬勃发展以及近海岸工程的不断开发,未来将有越来越多的跨海桥梁不断兴建和向复杂海域发展。但跨海桥梁所处海洋环境极为复杂,会遭受风暴潮及海啸等复杂极端灾害的巨大威胁。近年来,学者们对大型跨海桥梁上部结构的极端波浪（流）作用问题开展了相关研究。通过对近年来跨海桥梁上部结构承受极端波浪（流）作用下的理论、数值及试验研究与进展进行了综述,指出波流共同作用的模拟更符合真实的海洋环境,且跨海桥梁上部结构与极端波浪（流）相互作用是一个流固耦合过程,今后需要在数值计算以及水槽试验中考虑跨海桥梁上部结构的动力响应,深入研究跨海桥梁在极端波浪（流）作用下的失效模式和破坏机理。     

地震动扭转分量对大跨度斜拉桥易损性影响

由于采用现有方法较难获取地震动扭转分量,当前研究往往忽略了扭转分量对大跨度桥梁结构地震响应的影响,然而由于大跨度桥梁的长周期、跨度大等原因导致其往往易发生扭转破坏,现有的研究针对这一方面是十分匮乏的。本文为定量、准确的展现地震动扭转分量的作用效应,以某大跨度斜拉桥为例,采用正态分布拉丁超立方抽样方法,基于OpenSees建立了考虑地震动强度不确定性、材料参数不确定性的15个斜拉桥有限元模型。从PEER地震数据库中选取了15组三向平动、含脉冲效应的近场地震动记录,利用弹性波动理论中的频域法根据地震动平动分量获取相应的扭转分量,并以此分为两种工况对结构进行非线性动力时程分析得到桥梁地震响应。其后,在确定损伤指标的基础上,基于概率需求分析法绘制了桥梁关键构件的地震易损性曲线。结果表明：地震动扭转分量对大跨度斜拉桥易损性影响显著,损伤变化程度与构件种类、损伤方位均有明显相关性。其中桥塔中部截面对地震动扭转分量的敏感程度最高,扭转分量所导致的损伤概率增幅高达22.12%。扭转分量亦对塔底截面和边墩底截面(横桥向)具有较高破坏作用,损伤概率增幅最大值分别达到17.33%和19.45%。针对主梁及其纵向约束构件,地震动扭转分量则使其损伤概率略有降低。     

桥涵水文2020年度研究进展

桥涵水文主要是依据河流和水文环境等各项因素进行桥梁设计,是桥位环境设计的一项重要基础工作。通过梳理近年来桥涵水文的发展状况,从桥涵水文中的一些关键问题,如桥涵水文研究方法、设计洪水流量、桥梁基础冲刷的成因、影响因素和桥梁墩台冲刷深度的计算等方面阐述桥梁水文的发展成就,对当前的研究难点和未来的研究热点进行了简要的概括。     

基于SFM方法的不同倾角桥墩绕流局部冲刷特性试验

桥墩绕流冲刷是水流、泥沙和桥墩三者相互作用的结果,桥墩周围复杂的水沙运动关系是造成桥梁水毁的重要原因。定量分析桥墩冲刷地形特征规律及其与水流之间的相互作用关系,是深入研究桥墩绕流水沙作用机理及实际工程应用的重要突破口。本文开展两种坡降条件下不同倾角均匀沙动床桥墩绕流冲刷试验,并沿下游方向设置四个模型倾角0°、5°、10°、15°。使用粒子图像测速系统（Particle Image Velocimetry,PIV）测量桥墩绕流二维流场,并基于运动摄像恢复结构技术（Structure From Motion,SFM）实现冲刷地形三维重构,在此基础上分析床面冲刷三维地形结构和绕流流场特征,以构建紊流结构与冲刷地形相互耦合作用关系。结果表明：（1）SFM方法可实现冲刷地形三维结构重构,冲刷试验平衡时,模型前方和两侧冲刷坑较深,后方冲刷坑出现凸起,沿水流方向倾斜顺延上升至床面。（2）冲刷坑尺寸、面积和体积均随水流强度增大而增大,随倾角增大而减小。不同截面处冲刷坑面积、体积随坑深呈开口向上抛物线趋势增大。（3）桥墩模型对后方流向流速扰动范围随倾角增大而减小,对展向流速影响范围随倾角增大而增大。（4）随模型倾角增加,旋转强度与剪切应力影响范围均减小。剪切应力下切较易形成桥墩周围较深冲刷坑,而位于桥墩两侧大尺度流向涡向下游延伸,将促使桥墩后侧方浅长凹槽形成。     

海域和陆域地震动输入能量与强度指标相关性

为给概率地震危险性分析提供依据,研究了海域和陆域地震动弹性输入能量与其他地震动强度指标的相关性及海陆差异。基于日本K-NET台网的271次地震事件,包含1 784条海域地震动记录和4 480条陆域地震动记录,通过相关性分析选取了7个代表性强度指标。首先,计算了不同震中距下强度指标与绝对和相对输入能量的相关性,并从不同周期段及震中距的角度分析了结果;其次,对不同阻尼比下强度指标与绝对和相对输入能量进行相关性分析;最后,对比了海陆强度指标与输入能量的相关性差异。结果表明：在不同周期段,海域和陆域地震动与输入能量相关性最好的强度指标多数相同,但在不同震中距下,强度指标与输入能量相关系数的极值存在海陆差异;在不同阻尼比下,同一强度指标与输入能量的相关性存在海陆差异,初步分析发现该差异可能是海域地震动低频成分丰富造成的。因此在研究输入能量与强度指标相关性时,需考虑阻尼比、震中距的影响。相关结论可为海陆概率地震危险性分析相关研究提供参考。     

海域地震动水平加速度反应谱阻尼修正系数

为估算不同阻尼比海域工程结构的反应谱,研究了海域工程反应谱的阻尼修正系数(D_MF)模型。基于S-net台网的5 680条海底水平向地震动记录,分析了矩震级、断层深度和震源类别等震源参数,以及震源距和沉积层厚度对D_MF的影响,提出了考虑阻尼比和谱周期的海域地震动水平加速度反应谱D_MF模型,并与陆域模型进行了对比。研究表明:矩震级和震源距对D_MF影响显著,低阻尼D_MF随矩震级和震源距增大而增加,高阻尼D_MF随之增大而降低,而D_MF受断层深度和沉积层厚度的影响不显著;与陆域研究不同,在低阻尼中长周期时海域地震动的浅地壳和上地幔地震的D_MF略大;谱周期大于0.1 s时和小于0.1 s时,可分别用三次和二次对数多项式模拟阻尼比对D_MF的影响,谱周期的影响可分别用四次和三次多项式表示;海域D_MF模型与陆域模型差异显著,海域D_MF模型更能合理预测不同阻尼比的海域地震动反应谱,提出的海域地震动反应谱D_MF模型为海域工程多阻尼抗震设计谱的确定提供了参考。     

铅芯橡胶支座隔震桥双向地震响应影响因素研究

考虑铅芯橡胶支座双向耦合作用更能模拟LRB隔震桥在地震波作用下的实际响应。文章以一座典型三跨连续梁桥为工程背景,通过对结构的离散建立包含铅芯橡胶支座出力的全桥有限元分析模型,采用Bouc—wen模型模拟LRB的非线性双向耦合特性,采用增量形式的Newmark方法和龙格库塔法联合求解非线性动力方程。通过比较在不同的桥梁结构几何参数和支座参数下的地震响应来研究这些参数对双向隔震桥地震响应的影响。数值结果表明,桥墩刚度和支座初始刚度、硬化比和屈服强度对LRB隔震桥响应影响很大,在进行隔震设计时,必须对以上参数进行优化设计,选择最合理的参数,使地震响应降到最低。     

风暴潮、浪作用下中小型跨海桥梁破坏形式与数值模拟研究

强台风形成的巨浪、风暴潮对跨海桥梁的安全造成了严重威胁,为探讨台风风暴潮、浪共同作用下中小型跨海桥梁上部结构和下部结构的破坏机理及台风风暴潮期间不同水位下的波浪对下部结构的作用规律,开展了台风风暴潮、浪共同作用下中小型跨海桥梁破坏形式调研,发现风暴潮、浪作用下中小型跨海桥梁上部结构的破坏形式主要有梁体离位、梁体脱落和梁体断裂,主要原因为梁体被迫发生无约束运动;下部结构破坏主要表现为结构偏移、倒塌以及盖梁连接失效破坏,主要原因为水动力作用较强及上部结构撞击。通过CFD三维数值模拟研究了桥梁下部结构波浪荷载,给出了考虑风暴潮水位下波浪冲击桥墩的经验公式。根据调研及数值模拟,提出了设计及施工建议。