钢筋混凝土桥墩基于位移的抗震设计方法

通过改进能力谱法,给出了一个可以实现“小震不坏、中震可修和大震不倒”多级性能目标的钢筋混凝土桥墩直接基于位移的抗震设计方法。首先以钢筋和混凝土的应变幅值建立了钢筋混凝土桥墩不同破损极限状态的量化准则,并基于曲率延性系数和位移延性系数关系转化为墩顶位移的表述形式。再以屈服位移和位移延性系数作为设计参考变量,采用屈服谱加速度和屈服位移(Ay-Dy)格式的地震需求谱求解系统在不同风险水平地震作用下的反应。最后以能力设计原理保证桥墩截面的抗剪强度需求。通过一个具体设计算例说明了建议方法的可行性。     

多点激励下高墩大跨桥梁抗震性能分析

基于OpenSEES平台,建立高墩大跨桥梁的弹塑性结构模型,对比分析在一致地震激励及行波输入下桥梁结构的地震反应特性,并对行波输入下高墩桥梁的破坏过程进行详细研究。分析结果表明,地震波频谱特性及地震动输入方式对桥墩的出铰位置和破坏顺序有较大影响;高墩的破坏主要表现为弯曲破坏,单墩墩顶截面出铰或达到极限状态往往先于墩底截面,设计时应引起重视。     

Problems in applying code-specified capacity design procedures to seismic design of tall piers

This paper deals with the analysis of the seismic behaviour of bridges characterized by tall piers, focusing on the effectiveness of current “capacity design” methods. It is shown, in particular, that this design strategy may prove inadequate in bridges whose seismic behaviour is governed by pier dynamics and, specifically, in the case of tall piers. To this end, a typical prestressed concrete segmental bridge was designed according to different criteria; then, a series of nonlinear dynamic time-history analyses was carried out in order to evaluate the influence of the characteristics of the excitation (i.e., duration and shape) on the seismic response. Finally, the overall capacity of the structure and the position of the dissipation zones, as forced in the capacity design, were verified, in order to validate indirectly the entire bridge design strategy that is currently adopted in seismic codes.     

基底摇摆隔震桥墩振动台试验与数值模拟研究

为了研究不同构造形式的基底摇摆隔震桥墩在不同水准地震作用下的响应规律和抗震性能，提出了设置高阻尼橡胶垫块和线性弹簧的两种基底摇摆隔震桥墩模型。通过振动台试验和数值模拟，对两种摇摆隔震桥墩的地震响应规律和抗震性能进行了对比研究。结果表明：两种基底摇摆隔震桥墩在不同水准地震作用后，桥墩均没有出现严重的破坏，其破坏特征主要表现为限位钢板的弯曲变形和提离约束部件的移位，桥墩呈现出良好的抗震性能；两种基底摇摆隔震桥墩相对于传统桥墩能够显著降低墩顶加速度和墩底应变响应，但墩顶水平位移响应也会相应增加，在摇摆隔震桥墩的设计上，应将墩顶水平位移作为主要设计参数；提出了两种基底摇摆隔震桥墩改进的Winkler两弹簧数值计算模型，通过与振动台试验结果对比，证明了该模型能够较好地模拟两种基底摇摆隔震桥墩的摇摆行为及其地震响应规律。     

螺纹钢法兰连接预制装配桥墩抗震性能研究

为研究在水平荷载作用下螺纹钢法兰连接预制装配桥墩的抗震性能,设计制作一个整体现浇桥墩、两个分别采用承插式和非承插式方案的螺纹钢法兰连接预制桥墩.通过开展拟静力加载试验,对比研究螺纹钢法兰连接预制装配桥墩与整体现浇桥墩的破坏模式、荷载-位移曲线特征.基于试验,建立三个桥墩的有限元数值模型与试验进行对比,两者结果吻合较好....     

连续梁桥基于位移的抗震设计

在强震作用下,结构的位移比力更能直接反映结构的破坏状态。因此近年来,基于位移的抗震设计方法受到越来越多的重视与发展。该设计方法要求把多自由度结构转换为等效的单自由度模型(包括等效的刚度、等效阻尼及等效延性等)才能进行抗震设计。本文以连续梁桥为例,基于所建议的位移形状函数,推导了位移形状函数与桥梁跨度及刚度(墩高)的关系;在此基础上,提出了多自由度连续梁桥的等效单自由度模型,并以对称和不对称的连续梁桥为例,分别给出了基于位移的抗震设计步骤。由于设计步骤中考虑了塑性铰的屈服机制,可以看出对此两种结构其设计步骤本质上是相同的,且不需要迭代。     

大跨度斜拉桥边墩新型横向钢阻尼器减震体系及设计方法

针对大跨度斜拉桥边墩的横向抗震问题,提出桥梁新型横向钢阻尼器与滑动支座组合的一种边墩横向减震体系,以及基于桥梁实际抗震需求的减震 体系设计方法。之后,以一座主跨620m的大跨度斜拉桥为工程背景,验证该方法的可行性。并从关键位置的地震反应、阻尼器对横向基本控制振型的影响、 减震体系的耗能能力和地震动输入的影响等方面对边墩新型横向减震体系的减震效果进行全面分析。结果表明,大跨度斜拉桥边墩新型减震体系具有显著的 减震效果;与常规体系相比,对地震动输入较不敏感。     

Seismic performance of precast hollow bridge piers with different construction details

Currently the design scheme of precast hollow concrete bridge piers will be adopted in bridge design in China, but there is no code including specific design details of precast segmental piers in high seismic risk area. For comparative study of seismic performance of the hollow bridge piers which had different design details, six specimens of hollow section bridge pier were designed and tested. The specimens consist of the monolithic cast-in-place concrete bridge pier, precast segmental prestressed pier with cast-in-place joint and precast segmental concrete bridge pier with dry joints. Results show that all specimens have good displacement capacity. The bridge pier with bonded prestressed strands exhibits better energy dissipation capacity and higher strength. The un-bonded prestressed strand bridge pier displays less residual plastic displacement and energy dissipation capacity. The bridge pier with both bonded prestressed strands at the edge of the section and un-bonded in the center of the section not only exhibits more ductility capacity and less residual plastic displacement, but also shows better energy dissipation capacity. Compared with experimental results of prestressed bridge columns, analytical result demonstrates the developed numerical analysis model would provide the reasonable and accurate results.     

铁路圆端空心高墩振动台模型试验研究

为研究不同水准地震下铁路圆端空心高墩震损模式和动力响应特征,以单线铁路40m圆端空心墩为研究对象,进行了3个1/6缩尺桥墩模型振动台试验,并与同类桥墩拟静力试验比较。结果表明：地震下桥墩损伤模式与拟静力结果存在显著差异,相同墩顶位移角下动力试件裂缝沿整个墩身分布,而拟静力试件裂缝主要集中在约2/3墩高范围内;振动台试件除在墩底倒角上缘附近形成明显塑性区域外,受高阶振型影响,墩身中上部仍出现较密集裂缝,为圆端空心高墩潜在塑性铰区;随着输入地震动PGA的增加,桥墩阻尼比、加速度、位移及应变响应增大,损伤累积导致自振频率和墩顶动力放大系数减小;桥墩在0.15g～0.2gPGA下开裂,0.45g～0.5g时首次屈服,0.55g～0.6g时进入等效屈服,最大工况0.8g或0.9gPGA下墩顶位移角为1.18%～1.48%,此时构件进入非线性状态;罕遇地震下试件DB-2(体积配箍率ρs=1.268%)抗震性能最优,试件DB-1(体积配箍率ρs=0.630%)次之,试件DB-3(体积配箍率ρs=0.270%)延性较差、易发生脆性破坏。     

组合式消能减震墩柱试验与设计方法研究

对采用Q345GJ钢的可更换剪切型消能连梁展开循环加载试验研究。结果表明这种连梁具有稳定的滞回耗能特性和较好的变形能力,同级荷载下多次滞回加载基本不产生循环强化;极限超强系数大致在1.35~1.5之间,符合预期设计要求。基于这种消能连梁,提出并设计一种由消能件和钢管混凝土组成的组合式消能减震墩柱,并对其开展了试验研究。试验结果表明,本文所采用的设计方法可以保证墩柱实现预期的破坏模式,即连梁剪切变形与柱脚集中塑性铰;墩柱具有很强的耗能能力、延性和变形能力;柱脚屈服时墩顶位移角约为1/80,可以保证中等地震荷载作用下柱脚处于弹性状态。     

考虑高阶振型的改进能力谱法在铁路高桥墩中的应用

以我国《铁路工程抗震设计规范》为依据,在前人建议的模态分析Pushover法的基础上,针对我国大跨铁路桥梁中的高桥墩,提出能考虑高阶振型影响的改进能力谱法,并以内昆线花土坡铁路特大桥8#墩为实例,验证了改进方法评估高桥墩抗震性能的合理性,得到如下结论：①提出能考虑高阶振型的公式,使模态分析Pushover法能更好地考虑高阶振型的影响;②选取四类场地320条强震记录,统计了与我国《铁路工程抗震设计规范》相应的强度折减系数谱和弹塑性需求谱,为改进方法提供设计谱;②以墩高110m的 8#墩为例,验证了考虑高阶振型的改进能力谱法应用于桥梁抗震性能评估的合理性。综上所述,研究成果可为同类工程抗震性能的研究提供有益参考。     

跨越山谷高墩混凝土桥地震倒塌分析

高墩桥在中国西部多山谷地区得到广泛的应用,然而对其抗震性能的研究并不充分,我国尚没有确立相关的分析设计方法与规范,因此对其进行非线性地震响应分析乃至倒塌分析以便研究其地震破坏模式是十分有意义的。本文以贵州省高速公路上跨越山谷的某大桥为例进行了研究。该桥是一座处于典型西部地区山地、桥体为双向分离的曲线T型刚构高墩混凝土桥。本文在对全桥进行动力特性分析的基础上,采用有限元软件LS-DYNA进行了全桥非线性时程响应分析,考虑桥体的碰撞,得到塑性铰形成与发展状况以及破坏模式,实现了对全桥倒塌过程的仿真。本研究结果对类似桥梁的抗震设计提供了有益的参考。     

碳纤维增强复合材料约束矩形空心墩抗震性能试验研究

为了研究纤维增强复合材料(FRP)约束钢筋混凝土(RC)空心截面桥墩的抗震性能,对水平单向和双向荷载作用下,剪跨比分别为4和8的CFRP约束RC矩形空心墩进行拟静力试验。分析不同试件的破坏形态、滞回曲线、水平力和位移延性。结果表明:通过CFRP布环包约束试验空心墩的塑性铰区,可降低墩柱的破坏位置、减轻损伤程度,并改变剪跨比较小墩柱的破坏形态;明显改善水平双向荷载作用下剪跨比较大矩形空心墩的滞回性能和延性,但是对水平力的提高小于20%。     

动水压力作用对深水桥墩地震响应的影响

地震激励下水与桥墩的相互作用会对桥墩产生动水压力,本文研究动水压力作用对深水桥墩地震响应的影响,对提高深水桥墩长大桥梁的抗震安全性尤为重要。分别采用Morison方程和辐射波浪理论,建立了动水压力计算方法,分析了动水压力作用对桥墩地震响应的影响,并比较了两种方法计算的动水压力对桥墩地震响应影响的差异;分析了考虑土-结构相互作用时以及双向地震作用下动水压力作用对桩基桥墩地震响应的影响。研究表明:动水压力作用不仅会改变桥墩的动力特性,而且会增大桥墩的地震响应,其影响随相对水深的增大而增强;当桥墩迎水面宽度较大时,采用Morison方程计算的动水压力对桥墩地震响应的影响明显大于采用辐射波浪理论计算动水压力的影响;考虑土-结构相互作用会降低动水压力对桥墩地震响应的影响,但其影响仍不容忽视;考虑双向地震作用会加剧动水压力对桥墩地震响应的影响。由此得出结论,在深水桥墩长大桥梁的抗震分析中,需考虑动水压力作用对桥墩地震响应的影响。     

预制拼装桥墩地震易损性分析

为研究灌浆波纹管连接和带榫头的灌浆波纹管连接两种预制拼装桥墩的抗震性能并对其在地震作用下的易损性进行评估,根据预制拼装桥墩墩底接缝的特点,通过拟静力试验研究,以墩顶漂移率为损伤指标,对其不同的损伤破坏状态进行描述,并确定了对应不同破坏等级的损伤量化指标限值Dcr、Dcy、Dcm和Dcu。采用有限元软件对现浇及预制拼装桥墩进行不同地震作用下的时程分析并建立概率地震需求模型,对其易损性进行评估,并通过改变轴压比、纵筋配筋率,来进一步研究这些参数对预制拼装桥墩易损性的影响。结果表明：虽然预制拼装桥墩与现浇桥墩大部分的破坏形式都为弯曲破坏,但是损伤状态因为接缝而存在差异;采用波纹管连接的预制拼装桥墩与现浇桥墩的地震易损性差别不大,抗震性能基本一致;有榫头构造的预制拼装桥墩在各级地震作用下发生四种损伤破坏的概率最低,这种构造形式的抗震性能优于平面接缝的预制拼装桥墩;轴压比、纵筋配筋率这两种参数对桥墩的易损性影响较大,随着轴压比的增大或配筋率的减小,桥墩的损伤概率增大。     

地震作用下宽箱鱼腹式连续梁桥地震响应分析

为了研究宽箱鱼腹式箱梁在地震作用下的动力特性,对哈尔滨市某立交桥进行动载试验,并用Midas Civil建立有限元模型,分析该桥的动力特性。通过对比理论数据与试验数据,验证模型准确性,在此基础上对模型施加地震荷载,进行非线性时程分析,研究宽箱鱼腹式连续箱梁桥在地震作用下的响应。结果表明:地震作用下宽箱鱼腹式连续梁桥主梁横向抗弯及抗扭性能较好,各阶模态变形以主梁竖弯和桥墩侧弯为主,桥梁墩高对结构的振动响应影响较大,矮墩承受较大的水平地震力,主梁在纵桥向刚度较大,导致主梁和桥墩构件纵桥向地震响应同步。该研究可以为相关类型桥梁抗震设计提供参考依据。     

矮墩大跨连续梁体系桥纵向减隔震设计

以上海大治河桥为实例,分析了矮墩、大跨连续梁体系桥的结构动力特性与地震易损性一般规律。重点探讨了矮墩、大跨连续梁体系桥的纵向地震响应规律与合理抗震设计,并指出了该类桥梁不适宜按延性抗震进行设计。按结构纵向约束要求,提出了采用E型软钢阻尼器组的减隔震设计方案,并给出了具体的设计参数。从非减隔震设计与减隔震设计方案的结构抗震性能对比分析结果可以看出,减隔震设计体系可以有效缓解纵向固定墩支座、墩身以及基础地震惯性力大、构件能力匹配关系难以满足能力保护设计的特点,是矮墩、大跨连续梁体系桥纵向抗震体系的理想解决方案。     

设置BRB桥梁排架墩基于位移抗震设计方法

基于“保险丝”和“损伤控制”的抗震设计理念,提出在桥梁双柱式排架墩中通过设置屈曲约束支撑(BRB)以提高其横桥向抗震性能的构想。首先从获得“抗震能力”的角度对设置BRB桥梁排架墩的抗震设计参数进行系统性分析,推导出与剪跨比和墩柱间距与直径(边长)比相关的BRB核心段最大和最小长度取值范围|再从求解“地震需求”角度建立了设置保险丝的(SDOF)主结构体系弹塑性反应谱基本方程,分析该体系的非线性地震反应一般规律|然后,基于体系的“抗震能力”和“地震需求”,发展了设置BRB的桥梁排架墩基于位移的抗震设计方法,并结合一个具体桥梁排架墩实例说明建议设计方法的可行性。     

罕遇地震作用下高架桥抗震性能评估与加固

为了评估罕遇地震作用下高架桥的抗震性能,提出了一套抗震性能评估流程并对一座在役高架桥进行评估.首先建立了高架桥非线性动力时程分析模型;然后进行了模态分析,在综合考虑了有效质量系数和振型图后,选取了用于计算Rayleigh系数的参考振型;最后对动力时程分析结果中各墩的弯曲变形能力和抗剪强度进行评估,并根据评估结果提出了加...     

Assessment of SSI on the longitudinal seismic response short span bridges

Current practice usually neglects the effects of soil-structure interaction (SSI) in the seismic analysis and design of bridges. This work attempts to assess the significance of SSI on the seismic response of short span bridges. The focus is placed on pier behaviour, since piers together with the abutments are the most critical elements in securing the integrity of bridge superstructures during earthquakes.

The study is based on a simple representation of a soil-bridge pier system, yet one able to capture the effects of the most significant physical parameters. It has been found that SSI greatly affects the dynamic behaviour of bridge piers leading to more flexible systems, increased damping and larger total displacements. Besides a thorough investigation of the relative significance of various physical parameters of the system response, an easy-to-use approach that can be incorporated for a preliminary design of bridges concurrent with the AASHTO specifications is presented. The study concludes that safer and more economical bridge designs can be obtained by properly accounting for SSI.