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。     

长周期地震动作用下隔震连续梁桥地震反应特性研究

该文以五跨一联隔震连续梁桥为研究对象,探讨了具有明显脉冲效应的近场、远场长周期地震动作用对采用铅芯橡胶支座(LRB)及摩擦摆隔震支座(FPB)的连续梁桥地震反应(梁体及支座位移、桥墩内力等)的影响程度,明确长周期地震动作用对隔震装置隔震效果及碰撞效应的影响。研究结果表明:对于隔震连续梁桥,长周期地震动作用下,隔震支座对连续梁桥的隔震效果均有所下降,但FPB隔震结构的隔震效果优于LRB隔震结构;对于布设LRB隔震支座的隔震桥梁,在远场长周期地震动作用下梁体位移大幅增加,结构更易发生碰撞且碰撞力较大,远场长周期地震动对LRB隔震桥梁的地震反应更为不利。     

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.     

基于近断层地震LRB桥梁支座屈服力优化

在近断层地震作用下,LRB桥梁的响应较大,为了降低LRB支座相对位移过大给桥梁结构带来的不利影响,对LRB支座的屈服力进行了优化研究。选用了典型的近断层地震波,对具有不同力学特性和支座参数的LRB桥梁进行了考虑隔震支座非线性的地震时程分析。根据LRB桥梁的响应结果,提出了以桥面加速度、墩顶位移、支座相对位移和铅芯直径为变量的LRB桥梁的整体响应函数。通过研究发现,可以优化LRB的屈服力,使得桥梁的整体响应降低,且支座的最优屈服力与桥墩频率相关     

耦合地震作用下的MRD与LRB混合控制结构动力分析

为改善铅芯橡胶支座(LRB)隔震结构的减震效果和适用范围,研究双向耦合地震作用对减震效果的影响。提出3种磁流变阻尼器(MRD)与LRB隔震混合方案,建立其双向耦合地震作用下的动力分析模型并推导出振动控制方程。对7层MRD与LRB隔震混合控制结构进行地震反应分析,3种混合方案在3种工况荷载作用下的相对加速度峰值、相对速度峰值、相对位移峰值和层间剪力峰值分别比LRB隔震结构有不同程度的降低。当考虑竖向地震作用时,随着竖向地震作用的加大,结构的地震反应有小幅度的增加,但各种结构方案都具有良好的减振效果。表明各混合方案在各种工况下的各项地震反应均得到了更好的控制,而混合方案3的减震效果更加明显。     

LRB隔震桥梁减震效果分析

分别利用非线性水平和转动弹簧单元来模拟减隔震支座和桥墩延性塑性铰的非线性性能,首次把支座和桥梁结构纳入至一个系统中,并考虑其相互影响和相互作用。利用大型通用结构分析软件(ANSYS),对采用铅芯橡胶支座(LRB)隔震的桥梁输入了多条实际地震波进行时程分析,系统地讨论了隔震桥梁的减震性能,得出了一些有意义的结论。     

LRB隔震桥梁空间变异性地震随机响应分析

对装有铅芯橡胶支座（Lead—Rubber—Bearing，LRB）的隔震大跨连续梁桥进行了考虑地震动空间变异性的随机响应分析。地面运动加速度功率谱模型为零均值的平稳高斯过程，描述为过滤白噪声施加于支撑各点。地震动空间变异性综合考虑空间不相干效应、行波效应和局部场地土效应。推导了LRB隔震结构多点激励运动方程，并运用随机等价线性化方法以计入铅芯橡胶支座（LRB）的滞回非线性性能。对一大跨LRB隔震梁桥进行了一致激励和综合考虑地震动空间变异性的三种工况计算，得到了各工况下响应的拟静力项、动力项和总响应项的各自最大值的均值，并进行了对比分析。结果表明，对于带有铅芯橡胶支座的减隔震大跨连续梁桥，多点激励效应不容忽视，一致激励会对结构产生不安全的估计。     

隔震曲线连续梁桥铅芯橡胶支座参数优化

为了提升铅芯橡胶支座（LRB）在隔震曲线梁桥中的减隔震效果,该文对LRB力学性能参数进行了优化分析。首先,采用ANSYS建立了某三跨隔震曲线梁桥有限元模型,考虑LRB屈服力、初始刚度及屈服后刚度等性能参数的影响,对该桥进行非线性时程分析,得到了结构关键地震响应随支座力学性能参数的变化规律,并确定了支座参数的合理取值范围。在该支座参数区间内,又以墩底剪力之和为目标函数,基于零阶优化算法,对LRB力学性能参数进行了优化。结果表明:屈服力、初始刚度及屈服后刚度对隔震连续梁桥地震响应有显著影响;隔震支座参数优化后,使得隔震支座峰值位移得到了有效控制,同时不显著增大墩底剪力,且边墩与中墩墩底剪力差值明显缩小,各墩受力更趋均衡。     

不同层隔震结构在近断层地震作用下动力响应分析

选用天然橡胶支座(LNR)与铅芯橡胶支座(LRB)作为两栋8层钢筋混凝土结构的隔震装置,对其分别输入172条近断层地震波,计算隔震层设置在基础或以上每一层时隔震结构的动力响应,分析近断层地震动对不同层隔震结构动力响应的影响。分析结果表明：隔震结构输入能量小于非隔震结构输入能量,LRB隔震结构的输入能量小于LNR隔震结构的输入能量;随着隔震层的上移,隔震支座位移减小,顶层最大加速度增大。近断层地震动特征参数与不同层隔震结构动力响应参数均存在相关性,但相关程度不同。隔震结构设计要根据建筑结构动力响应的需求,同时考虑隔震层位置与地震动特征参数的影响。     

考虑温度相关性的LRB隔震桥梁地震响应分析

系统的研究了铅芯橡胶隔震支座的温度相关性,以及支座温度相关性对隔震桥梁地震响应的影响。试验温度的变化范围为-40℃至50℃,通过拟静力试验的滞回曲线测定了支座在不同温度下的屈前刚度、屈后刚度和屈服剪力。根据所测得的试验数据,采用回归分析,得出了支座的温度影响相关系数函数。建立了LRB隔震桥梁的力学模型,分析了考虑支座温度相关性对隔震桥梁地震响应的影响。比较了不同温度下支座滞回的计算结果。对比分析了不同温度下,隔震梁桥墩顶剪力、梁位移和梁加速度的计算结果,得出了若不考虑支座的温度效应墩顶剪力和梁加速度会有较大的误差,而温度效应对梁位移影响较小的结论。     

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。     

基于RSAPS平台的隔震单元模型

为实现对隔震支座力学特性的精细化模拟,基于前期建立的结构精细化模拟分析平台RSAPS,结合可以考虑水平双向耦合作用的Bouc-Wen模型和考虑竖向刚度变化的双弹簧模型,开发了隔震单元分析模块。该模块采用重叠面积法确定给定侧向位移下的临界荷载;根据支座是否具有各项同性特性,选取相应的加卸载判断条件。应用该模块分别模拟分析了铅芯橡胶支座双向位移控制试验、双向激励振动台试验和缩尺隔震桥梁振动台试验,结果表明,基于RSAPS平台所开发的隔震单元模块,可以有效模拟隔震支座的静、动力特性,且具有较高的计算效率,可进一步应用于隔震桥梁的地震响应分析。     

多点激励下隔震桥梁非线性随机振动的时域显式迭代模拟法

由于地震动的随机性与空间变异性、隔震支座的非线性特征及其安装数目少的特点,隔震桥梁地震响应分析是一典型的多输入局部非线性随机振动问题。采用Bouc-Wen模型描述隔震支座的非线性恢复力,建立多点地震激励下隔震桥梁结构的运动方程,并将得到的非线性运动方程改写为关于状态变量的拟线性方程,基于精细时程积分法和龙格-库塔法构造拟线性方程及隔震支座滞回位移方程的时域显式降维迭代求解格式。再以此高效算法为基础,应用随机模拟法计算多点激励下隔震桥梁随机地震响应的统计量。数值算例表明,所建立的方法计算速度快、精度高,可用于实际桥梁结构的抗震性能验算。     

地震动特性对公路桥梁板式橡胶支座滑动反应影响

针对我国常见的板式橡胶支座类型公路桥梁因支座与墩梁间无连接措施、在地震作用下频发主梁移位甚至落梁等震害的现状,采用平滑动支座单元模拟板式橡胶支座的滑动效应,通过对一单墩模型的非线性地震反应时程分析,探讨了影响板式橡胶支座滑动反应的主要因素,研究了包括地震动峰值加速度、地震动频谱特性以及地震动加速度时程曲线形状细节等地震动特性对公路桥梁板式橡胶支座滑动反应的影响。研究表明:板式橡胶支座滑动反应是随地震动峰值加速度A_p、地震动峰值加速度与峰值速度比值A_p/v_p变化的函数;地震动加速度时程曲线形状细节也是影响支座滑动反应的一个重要因素。设计人员在对板式橡胶支座类型桥梁进行抗震设计时,应注意选择与场地条件相匹配的地震动输入;利用工程经验判断支座滑动反应时,应重视地震动加速度时程曲线形状细节的反常影响。     

新型滑移挡块的设计、试验及防震效果研究

针对目前国内桥梁挡块抗震效果低下的现状,结合"限位"和"传力"两个性能指标提出了一种新型的防震挡块。对常规挡块和新型挡块的抗震性能进行了拟静力对比试验研究,根据实测力-变形曲线建立了两种挡块的简化滞回分析模型,并用于实桥防震效果的对比分析。结果表明:新型挡块在破坏时相对盖梁/台帽发生了大位移的滑移剪切现象,盖梁与台帽基本完好无损,有利于震后修复或替换;与常规挡块发生斜截面脆性剪断破坏相比,新型挡块的极限变形能力和变形延性系数大幅提高;在防震效果上,新型挡块对主梁侧移及橡胶支座的剪切变形限制能力更好,在中小地震下,新型挡块对墩柱地震响应的影响更小;在大震下,新型挡块依靠良好的变形延性能力可在主梁产生更大侧移的情况下保护支座,防止落梁。     

Failure modes of a seismically isolated continuous girder bridge

Reliable estimates of the failure modes of basic facilities, especially the seismically isolated bridge, are required for almost any form of analysis used for the seismic design and retrofit of bridge. The Hong Kong-Zhuhai-Macau (HZM) Bridge (HZMB), a seismically isolated continuous girder bridge with six spans, is a sea-crossing bridge, which is now under construction and will connect the Mainland China, Hong Kong, and Macau. Because the bridge is located in a highly active seismic zone, it is essential to evaluate the seismic performance of this bridge, in particular of its failure modes. Based on this practical engineering, this paper investigated the failure modes of isolated continuous girder bridge subjected to strong ground motions by developed weighted rank sum ratio method, in combination with developed 3D finite element bridge models. Firstly, three-dimensional finite element bridge models are developed and assessed using the incremental dynamic analysis method. Due to the flexibility of seismic isolation, both bending and rotational stiffness of isolation bearings are taken into account in the analysis. In addition, the rotational angle of bearings is found to be sensitive to seismic analytical results of isolated continuous girder bridges. Then, it conducted the nonlinear dynamic analysis on the HZM Bridge under sixteen strong earthquake records. Further, statistically significant failure modes and the weakest failure mode of this bridge are identified through the weighted rank sum ratio method. It resulted that, the final failure modes of this isolated continuous girder bridge are presented at the isolation bearings on a part of middle piers, at the isolation bearings on the abutments, at the isolation bearings at a side pier, and at the bottoms of side piers, respectively. The results of the failure mode analysis would greatly assist engineers to establish effective strategies for performance enhancement and seismic retrofit of bridge in the future.