考虑碰撞效应的桥台-引桥-刚构连续梁桥体系地震响应分析

为研究伸缩缝处碰撞效应对桥台-引桥-刚构连续梁桥体系地震响应的影响,以某实际原型桥为研究对象,充分考虑碰撞能量耗散、桩土相互作用、桥台与台后填土相互作用以及支座和桥墩的非线性行为,基于CSIBridge建立了桥台-引桥-刚构连续梁桥结构体系的碰撞弹塑性动力分析模型。利用调幅后的天然地震波和人工地震波分析了碰撞对桥台、引桥和刚构连续梁桥地震响应的影响,结果表明：碰撞显著增大了引桥梁体位移和墩梁间相对位移,增大了左右引桥梁体落梁风险;碰撞增大了引桥墩顶位移、墩底弯矩和桩基截面弯矩,改变率均在10%以内且处于安全范围内;碰撞减小了刚构连续梁桥刚构墩墩底弯矩和墩顶位移,最大改变率分别为-13%、-4.9%,对活动墩基本无影响;桥台纵向位移、台后填土被动土压力和桥台桩基截面弯矩显著增大,最大改变率分别为1 230%、116.0%和428.5%。研究表明,伸缩缝处碰撞效应对桥台-引桥-刚构连续梁桥体系地震响应影响显著。     

地震作用下斜交连续梁桥碰撞效应分析

了解强烈地震下上部梁体结构与桥台间碰撞效应对斜交连续梁桥的地震反应影响十分重要,以唐子河大桥为原型,建立了不同斜度的斜交连续梁桥非线性有限元计算分析模型.利用非线性时程分析方法,对比研究了不考虑碰撞效应和考虑碰撞效应两种情况下的斜交连续梁桥地震反应特征规律.结果表明:梁体与桥台间的碰撞效应会使斜交连续梁桥的上部结构产生扭转位移,且随着斜度的增大而增大;考虑碰撞作用的桥墩最大扭矩明显大于不考虑碰撞作用的桥墩最大扭矩.在斜交连续梁桥的抗震设计过程中如不考虑这种碰撞作用,会低估桥墩的地震扭矩效应,增大下部墩柱结构的设计风险.     

LRB隔震桥梁遭受超高车辆撞击时的响应分析

采用线性弹簧碰撞单元,用ANSYS有限元软件建立了超高车辆一桥梁的碰撞模型,对LRB隔震桥梁受到超高车辆正向撞击时的整体响应进行了非线性时程分析.结果表明,车桥碰撞时能产生较大撞击力;铅芯橡胶支座在超高车辆撞击桥梁时能消耗撞击能量,可有效地减小碰撞力向桥墩传播,起到"隔震"作用;影响撞击响应的主要因素是碰撞刚度、超高车辆的质量和速度.最后,为了便于工程设计提出了超高车辆-桥梁碰撞力的计算公式.     

环境温度对SMA–LRB隔震桥梁地震响应的影响

随着隔震技术的发展,隔震桥梁的服役环境日趋复杂,环境温度对隔震桥梁抗震性能的影响亟待考虑。为减小地震作用下桥梁的最大响应及残余变形,结合铅芯橡胶支座（LRB）及形状记忆合金（SMA）的优点,组合形成具有自复位能力的SMA–LRB支座。基于一座4跨SMA–LRB隔震连续梁桥,考虑SMA–LRB支座在不同环境温度下的力学特性,对不同环境温度下的隔震连续梁桥进行非线性动力时程分析,得到结构关键部位的动力响应。结果表明：LRB上加设SMA可有效控制支座的位移响应,且SMA自复位特性使其对残余位移的控制效果显著;随着环境温度的降低,LRB和SMA–LRB两种支座的峰值位移和残余位移均随之而减小,但SMA–LRB支座对位移的控制能力和自复位能力较常温有所降低;支座刚度随着环境温度减小而增大,致使桥墩墩顶位移和墩底剪力也随之增大,且较低墩的墩底剪力对温度变化更加敏感。环境温度对SMA–LRB隔震桥梁抗震性能影响的定性评估,可为该类桥梁结构的分析和设计提供借鉴与参考。     

环境温度对SMA–LRB隔震桥梁地震响应的影响

为减小地震作用下桥梁的最大响应及残余变形,结合铅芯橡胶支座(LRB)及形状记忆合金(SMA)的优点,组合形成具有自复位能力的SMA-LRB支座。针对橡胶和SMA材料的温度敏感性问题,基于一座4跨SMA-LRB隔震连续梁桥,考虑SMA-LRB支座在不同环境温度下的力学特性,对不同环境温度下的隔震连续梁桥进行非线性动力时程分析,得到结构关键部位的动力响应。结果表明:LRB上加设SMA可有效控制支座的位移响应,且SMA自复位特性使其对残余位移的控制效果显著;随着环境温度的降低,LRB和SMA-LRB两种支座的峰值位移和残余位移均随之而减小,但SMA-LRB支座对位移控制能力和自复位能力较常温有所降低;支座刚度随着环境温度减小而增大,致使桥墩墩顶位移和墩底剪力也随之增大,且较低墩的墩底剪力对温度变化更加敏感。     

考虑土-结构相互作用的LRB隔震梁桥体系地震反应分析法

为了研究在双向地震激励下,考虑土一结构相互作用的LRB隔震梁桥结构体系的反应特性以及不同类型土对其隔震梁桥地震反应峰值的影响.采用集中参数法,给出了双向水平地震激励下考虑SSI的一种时域计算分析隔震桥梁地震反应的方法.并在考虑和忽略SSI时,对一座三跨连续LRB隔震梁桥的地震反应峰值的影响进行了比较分析,结果证实,土-结构相互作用对LRB隔震梁桥结构地震反应与场面类别、断层以及地震动选择等关系密切.     

柔性橡胶支座上的桥梁结构地震碰撞响应分析

为了减小地震荷载,允许剪切变形的柔性橡胶支座在桥梁抗震设计中得到广泛的应用,地震荷载作用下长周期结构抗震设计需要考虑梁间碰撞影响.以两等跨非连续桥梁为对象,用非线性地震时程响应分析方法对碰撞计算中的参数选定、不同场地条件下的梁间碰撞行为等进行了比较.结果表明,梁间碰撞产生相当大的撞击力;碰撞以迎面撞击的形式为主,长周期侧结构的地震位移响应比不考虑碰撞时有所减小,碰撞导致落梁的可能性比较小;梁间的缓冲材料可以减轻撞击力,但对减小水平位移响应的作用很小.     

基于MRD与LRB混合控制的隔震连续梁桥地震响应

为了研究磁流变阻尼器(MRD)与铅芯橡胶支座(LRB)混合控制对桥梁结构地震响应及隔震效果的影响,以典型三跨连续梁桥为背景,采用平行板模型模拟MRD的本构关系,采用Bouc-Wen模型模拟LRB的力-位移非线性行为,通过对结构的离散建立无控制、LRB单独控制、MRD与LRB混合控制的多种控制工况有限元计算模型,运用有限单元方法建立系统的动力特性矩阵,并采用瞬时最优控制算法对其进行了非线性时程对比分析.分析结果表明:采用MRD与LRB混合控制工况与LRB单独控制工况相比,前者的结构地震响应明显降低,隔震效果得到明显提高;在桥墩、桥台处均安装MRD与仅在桥墩或桥台处安装MRD的LRB隔震桥梁相比,前者对结构地震响应的控制效果更好.     

基于自振与频谱特性影响的LRB连续梁桥隔震效果研究

为了探讨桥梁自振特性与地震波频谱特性对LRB隔震效果的影响,以典型三跨连续梁桥为工程背景,采用Bouc-Wen恢复力模型模拟LRB非线性滞回特性,采用Takeda三线性模型模拟桥墩非线性特性,编制了运用Newmark时间积分法和四阶显式Runge-Kutta迭代法联合求解增量形式的全桥非线性运动方程的时程分析程序。利用程序并结合算例对LRB隔震连续梁桥在不同地震激励和不同基本周期影响下的隔震效果进行了分析。结果表明,桥梁结构基本周期和地震激励频谱成分对LRB的隔震效果有较大影响;在易发生低频脉冲型地震波的场地上不宜使用LRB作为桥梁的隔震设备。     

形状记忆合金金属橡胶阻尼器防高墩桥梁地震碰撞振动台试验研究

为研究形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)金属橡胶减振器防高墩桥梁地震碰撞效能,采用El Centro、Taft和人造地震动,进行了高墩桥梁钢模型地震碰撞试验和防高墩桥梁钢模型试验(设置SMA金属橡胶阻尼器),详细对比分析了SMA金属橡胶阻尼器控制效能.结果证明,由于SMA金属橡胶具有良好的阻尼性能,且其随变形的增加刚度增大,故SMA金属橡胶阻尼减振器能有效地减轻高墩桥梁地震碰撞效应,起到限位器的作用.     

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%。     

薄壁曲线箱梁材料非线性分析的内力塑性系数法

目的 研究薄壁曲线箱梁考虑剪力滞效应和材料非线性的计算方法.方法 基于势能变分原理,推导了薄壁曲线箱梁的刚度方程.采用变刚度初法应力法,并结合截面内力塑性系数修正刚度系数,对薄壁曲线箱梁的材料非线性问题进行了求解.结果 通过算例计算,得到了曲线箱梁顶底板的应力分布以及挠度和扭转角的变化曲线.结论 笔者的计算结果与试验值整体吻合较好.对于薄壁曲线箱梁,悬臂板、顶板和底板,分别取三个不同的剪力滞翘曲位移函数的结果,精度优于三者取一个统一的剪力滞翘曲位移函数;随荷载的增加,弯曲剪力滞效应系数较挠度和扭转角更早进入非线性状态,翼缘截面上的应力分布逐渐趋于均匀,上翼缘应力的这种变化趋势要略滞后于下翼缘,而中支座截面翼缘应力的这种变化趋势则略快于左跨跨中和右跨跨中截面.     

单跨混凝土曲线梁桥地震反应简化计算方法

曲线梁桥兼具建筑美学以及能很好地适应地形、地物限制条件的优点,在国内外城市高架桥梁、立交工程及高等级公路中得到了广泛应用.然而,历次破坏性地震中,曲线梁桥屡有出现严重震害甚至垮塌的现象,表明其抗震设计问题迄今未得到很好的解决.本文以公路单跨混凝土曲线梁桥为研究对象,建立基准有限元模型,通过参数分析,系统研究了曲率半径、跨宽比、跨高比和跨径等主要设计参数对单跨曲线梁桥地震反应的影响规律,进而给出单跨曲线梁桥可采用“以直代曲”方法进行地震反应简化计算的条件,并提出适用于不规则单跨曲线梁桥地震反应的简化计算方法.     

无粘结部分预应力混凝土斜弯板桥非线性有限元分析

建立了八结点中厚板等参分层有限元模型,对无粘结部分预应力混凝土斜弯板桥进行了非线性有限元分析,并与试验结果进行了比较,二者符合较好。     

钢框架-混凝土核心筒混合结构弹塑性地震反应分析方法

为了进一步完善钢-混凝土混合结构体系的分析手段,参照框架-剪力墙协同工作模型的基本思路,在此平面二维分析模型和计算方法的基础上,考虑钢框架和混凝土核心筒之间的横向钢梁的竖向空间约束作用,建立了该混合结构的拟三维弹塑性地震反应分析方法,其主要优点在于能以简单、可行的方式处理钢框架-混凝土核心筒间的地震空间相互约束作用这一复杂问题。最后,采用此方法对算例进行了分析。     

大跨径PC斜拉桥地震响应非线性分析

基于大跨径桥梁地震反应分析方法,建立了斜拉桥动力分析空间有限元模型.考虑了几何非线性对结构动力特性及地震响应的影响,以一座大跨径预应力混凝土斜拉桥为研究对象,采用直接积分法对该桥进行了地震非线性时程分析.根据该桥的方案设计,比较了两种塔梁连接方式下结构的动力特性,分析了桩土作用效应对结构地震响应的影响.计算结果表明:在大跨径斜拉桥抗震设计时,应考虑桩土相互作用的影响;人工拟合地震动和相近场地实测地震动记录的计算结果相差较大,在抗震复核中应取最不利荷载作用.     

双曲拱桥加固新措施

采用斜腿支撑法对双曲拱桥进行加固,采用三维实体有限元法进行理论分析,并取得实测结果吻合的效果.     

M法及非线性法在桩基础抗震设计中的对比研究

我国桥梁桩基础设计常采用M法,在桩基础产生小位移的情况下,M法的计算结果较为准确,然而,当桩基础产生大位移时,尤其是地震作用下,其计算结果将产生较大误差.采用日本规范中计算土弹簧刚度的方法考虑地震作用下土体对桩基础的作用,对桥墩进行Pushover分析,并将计算结果与M法的计算结果进行比较,结果表明考虑土体的非线性作用时计算得到的墩顶位移将明显大于M法的计算结果,同时,采用日本提出的抗震指标对桥梁的抗震性能进行了评价.     

澳门-凼仔三桥正桥斜拉桥空间应力有限元分析

澳门-凼仔三桥正桥是一座竖琴式平行索面的预应力混凝土斜拉桥．由于此桥受桥下航道净空、两岸接线、斜拉索锚固点截面不能设置横梁、箱梁底板厚度有限、活荷载和自重较大等一系列条件的限制，加之结构复杂和预应力作用，有必要建立空间实体有限元模型进行应力分析．通过对澳门-凼仔三桥正桥的空间受力计算与分析，再现了大桥成桥时各种工况下各构件的应力和变形情况．