桥梁结构防落梁与碰撞装置综述

由于伸缩缝宽度不足或主梁位移过大等,强震作用下桥梁结构可能产生碰撞,甚至落梁等严重震害.因此,对减小上述震害的防碰撞和防落梁装置,如限位装置、阻尼器和模数式伸缩缝装置等进行了综述,探讨了这些装置优点、不足及应用;介绍和比较了国内外防落梁装置的设计方法;分析和比较了不同国家和地区抗震设计规范中梁端最小支承长度的规定.对我国强震区防落梁、防碰撞装置的应用和发展提出了具体建议.     

地震作用下工业厂房高低跨伸缩缝处碰撞反应分析

针对工业厂房高低跨在地震作用下伸缩缝处的碰撞现象,采用非线性时程积分法,研究了地震作用下工业厂房高低相邻跨结构的非同向振动特性和伸缩缝处的碰撞效应.通过对刚体碰撞模型分析,推导出阻尼常数与恢复系数间的关系表达式,在此基础上建立了厂房高低相邻跨结构伸缩缝处的碰撞模型,并对伸缩缝间隙、相邻跨周期参数进行了影响分析.分析结果表明:当相邻高低跨结构周期相差较大时,会导致伸缩缝处相邻高低跨结构较大的相对位移和碰撞,碰撞导致低跨结构地震反应增大;伸缩缝间隙大小对碰撞力影响较大,但对结构位移的影响不是很明显.     

连梁装置对斜拉桥与引桥碰撞影响分析

由于斜拉桥与引桥的动力特性存在较大差异,在地震作用下斜拉桥与引桥存在发生非同向振动的可能,进而引起碰撞响应,并导致伸缩缝破坏或落梁震害.目前针对大跨度斜拉桥与引桥之间碰撞问题的研究还不够深入,且对于斜拉桥与引桥之间防碰撞措施的研究还不够系统,为此,研究了连梁装置对斜拉桥与引桥之间碰撞响应的减震效果,分析了连梁装置结构参数对斜拉桥与引桥之间碰撞响应的影响规律.研究表明:受拉连梁装置可以有效减小相邻梁体间相对位移,并且能明显减小碰撞力峰值,是一个较为理想的斜拉桥与引桥之间的防碰撞措施,但对引桥梁体位移以及引桥固定墩地震需求的影响较为复杂.     

斜度对斜交桥地震作用下的扭转效应影响

为满足交通工程中线路运行的需要,桥梁斜交有时不可避免.相对于正交桥而言,斜交桥在地震作用下有扭转破坏的趋势.斜度作为斜交桥的主要特征参量,其对斜交桥在地震作用下扭转效应的影响作用,目前研究还存在彼此不同的看法.为此,以一实际工程为原型,建立了不同斜度的桥梁分析模型,利用模态分析和非线性时程分析方法对不同斜度的斜交桥梁在地震作用下的扭转效应展开研究.通过研究发现:斜度增大,斜交桥的扭转周期与平动周期之比线性增加,结构的抗扭刚度减弱,同时桥墩在地震作用下的扭矩作用也将增大.对于上部结构平面内的扭转位移,若梁体端部与桥台之间的伸缩缝宽度足够大,梁体与桥台不发生接触碰撞,增大桥梁的斜度并不能引起上部结构的扭转位移;若梁体与桥台发生接触碰撞,斜度增大,上部结构的扭转位移增大.     

大跨度三塔悬索桥地震位移控制效果对比

针对地震作用下超大跨度悬索桥梁端位移过大的问题,通过附加减震阻尼器保证桥梁结构的安全至关重要。考虑行波效应对大跨度悬索桥地震响应的影响,以主跨2×1 080 m的大跨度三塔悬索桥泰州大桥为研究对象,研究了弹性拉索、黏滞阻尼器、软钢阻尼器控制超大跨度悬索桥地震响应的最优参数取值,并对比了其地震响应控制效果。结果表明:弹性拉索和软钢阻尼器可较好的控制塔梁相对位移;黏滞阻尼器对塔梁相对位移的控制效果次于弹性拉索和软钢阻尼器,但黏滞阻尼器在控制塔梁相对位移的同时未显著增加塔底内力。     

大跨度三塔悬索桥地震位移控制效果对比

针对地震作用下超大跨度悬索桥梁端位移过大的问题,通过附加减震阻尼器来保证桥梁结构的安全至关重要。考虑行波效应对大跨度悬索桥地震响应的影响,以主跨2×1080m的大跨度三塔悬索桥泰州大桥为研究对象,研究了弹性拉索、黏滞阻尼器、软钢阻尼器控制超大跨度悬索桥地震响应的最优参数取值,并详细对比了其地震响应控制效果。结果表明,弹性拉索和软钢阻尼器可较好的控制塔梁相对位移;黏滞阻尼器对塔梁相对位移的控制效果次于弹性拉索和软钢阻尼器,但黏滞阻尼器在控制塔梁相对位移的同时,未显著增加塔底内力。     

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.     

防落梁板式橡胶支座抗震性能分析

针对板式橡胶支座在地震作用下存在落梁风险的问题,开发了防落梁板式橡胶支座(unseating-prevention laminated rubber bearing,URB).在介绍该支座基本情况的基础上,以高烈度区典型预制桥梁为例进行罕遇地震作用分析,并对该支座的基本参数进行了研究.分析结果表明:该防落梁板式橡胶支座可通过钢丝绳限制桥梁上、下部结构间发生过大的相对位移,既可保护支座,又能降低落梁风险;虽然会增大桥墩的地震响应,但通过调整钢丝绳参数可降低这种不利影响;钢丝绳初始间隙和拉伸刚度是该防落梁板式橡胶支座的主要参数,初始间隙要同时满足正常使用和地震作用的要求,拉伸刚度应结合支座本身及桥墩受力确定.     

基于场地效应及场地位移的高原大桥落梁破坏研究

地震造成简支梁桥主梁移位甚至落梁破坏的原因不仅与桥梁自身结构有关,还与场地效应和场地位移密切相关。本文以"5·12"汶川地震中发生落梁破坏的高原大桥为研究对象,通过数值模拟软件ABAQUS建立桥梁-场地的整体有限元模型,研究场地效应和场地位移对简支梁桥发生落梁破坏的影响,并结合实际震害特征、地质力学模型试验结果分析高原大桥落梁破坏机理。研究结果表明:简支梁桥桥墩与主梁的相对滑移量受局部场地条件的影响较大,近河岸处的墩-梁滑移量比远河岸处的大;场地软弱程度对桥梁结构的地震反应有明显影响,场地软弱程度越大(即基岩弹性模量越小),墩-梁滑移量呈波动性增加;随场地位移的增加,跨径变化和墩-梁滑移量都逐渐增大;均质基岩条件下的简支梁桥各跨跨径变化值相近,墩-梁滑移量小,各桥墩协调变形能力较好;场地位移方向上各跨跨径变化值逐渐减小,即跨径变化值由小到大依次排列为一跨、二跨、三跨和四跨;高原大桥二跨处出现纵向落梁破坏的主要原因是大桥与宏观震中牛圈沟、龙门山中央主破裂带相距太近,基岩处存在较软的页岩,不利的局部场地条件,板式橡胶支座稳定性较差,且大桥设置了横向挡块。     

考虑强余震影响的变形和能量地震损伤模型

根据主震和余震关系,合成强余震地震波,基于能量等效原理由主震波和两条强余震波拟合等效地震波.以某连续梁桥为研究对象,采用位移法和能量法,给出主震地震波和等效地震波作用下,桥墩的最大位移和滞回耗能,评估桥梁损伤情况,揭示强余震对结构损伤的影响规律.引入变形和能量损伤提高系数,对Park-Ang模型进行修正,提出了强余震影响下的变形和能量双参数地震损伤模型,通过算例分析验证了该模型的可靠性.     

HDR隔震支座梁桥横向碰撞参数的研究

由近年来的震害调查表明,中小跨径桥梁在横向地震作用下梁体、抗震挡块碰撞破坏现象严重。为寻求减隔震支座在减小中小跨径桥梁横向碰撞效应方面的应用,选用HDR高阻尼隔震支座,建立了考虑支座非线性、墩柱弹塑性、桩土作用的横桥向碰撞模型。采用非线性地震反应时程分析方法,详细研究了HDR支座刚度、接触单元碰撞刚度、初始间隙等参数对隔震梁桥横向碰撞效应的影响。结果表明:采用较大的HDR支座的刚度、合理的挡块刚度,可以有效地减小梁桥的横向碰撞响应。     

基于子集模拟的非线性相邻结构地震碰撞易损性及风险评估方法

鉴于利用线性相邻结构的相对位移峰值估计避免地震碰撞的最小结构间距的方法安全水平未知,提出基于性能的概率方法用于评估非线性相邻结构发生地震碰撞的风险. 利用高效计算小失效概率的子集模拟法对地震碰撞易损性进行计算;以动力特性差异显著的等高多自由度相邻结构为例,研究不同结构间距下考虑非线性与否的相邻结构地震碰撞易损性与风险的规律;将所提方法用于评估结构间连接减轻相邻结构地震碰撞概率的效果. 结果表明,非线性相邻结构的地震碰撞概率随地面峰值加速度的增加整体呈增大趋势,但存在局部波动;结构间距越大,考虑非线性与否所得的地震碰撞概率差别越大;当结构间距较大时,为了保证减撞效果,结构间连接刚度须足够大.     

设置BRB的桥梁排架墩抗震性能参数分析

汶川大地震中,桥梁双柱式排架墩遭到了严重的破坏,其抗震问题被广泛关注。作者基于结构“保险丝”的损伤控制理念,在双柱式桥梁排架墩中设置屈曲约束支撑（BRB）,以提高横桥向的抗震性能。建立了考虑墩柱弹塑性、梁体与挡块碰撞和支座滑动效应的单个排架墩动力分析模型,通过输入远场地震动、具有向前方向性效应和滑冲效应的近断层地震动进行非线性地震反应时程分析,研究了BRB与排架墩水平刚度比、水平屈服位移比、BRB布置形式和排架墩形式等参数对桥梁排架墩抗震性能的影响。结果表明：设置BRB能有效地减小规则和不规则排架墩的地震损伤,BRB与排架墩水平刚度比和水平屈服位移比的合理取值范围分别为0.5～2.0和0.5～1.5。     

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%。     

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ElCentro、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.     

芦山地震中相邻建筑碰撞破坏调查与分析

为研究相邻建筑地震碰撞破坏机理,调查了芦山地震中相邻建筑碰撞破坏概况,并应用芦山地震加速度记录计算了相邻建筑地震碰撞反应,分析了防震缝宽度和结构质量对碰撞作用的影响.研究结果表明:防震缝宽度越大碰撞对相邻建筑地震反应的影响越小;相邻建筑物质量相近时,地震动输入方向对相邻建筑物碰撞作用影响较小;相邻建筑碰撞对自振周期相对较长的建筑的地震反应影响较大;相邻建筑质量越大,碰撞对其加速度反应影响越小,并且碰撞对质量相对较小的建筑加速度反应影响较大;本文对相邻建筑物碰撞作用的分析与震害实例基本相符.     

强震下两跨斜交简支梁桥桥面旋转反应的影响因素分析

为了研究在双向地震激励下两跨斜交简支梁桥桥面的旋转效应,选取Open Sees建立考虑两跨梁体间纵向、梁体与挡块间横向碰撞的有限元模型,从模态特征与地震反应2个层面分析了斜度、横隔梁数量及布置方式、下部结构支承刚度和跨径布置对两跨斜交简支梁桥桥面旋转的影响.结果表明:斜交简支梁桥的面内旋转振型早于正交桥出现;斜度的增大加剧了桥面的旋转;非对称结构的低阶振型表现为平动与桥面内旋转的耦合振动,其结构偏心效应加剧了桥面的旋转;不设或设置过多的横隔梁、采用平行于支承边布置横隔梁均会加剧桥面的旋转;纵向碰撞对不同斜度的两跨斜交简支梁桥桥面旋转有不同的作用效果;横向挡块能有效抑制两跨斜交简支梁桥桥面的旋转.     

多点激励下高烈度区接触网系统地震响应分析

以某高烈度区电气化铁路接触网系统为研究对象,建立考虑材料非线性和几何非线性特性的三维柱-线有限元模型.采用SMIQKE-II软件合成与规范反应谱相吻合的空间相关地震动时程,基于相对位移法进行接触网系统在一致激励、相干激励、行波激励和多点激励下的非线性时程分析,对比研究系统关键部件在不同地震激励模式下的响应规律.结果表明,多点激励明显放大接触网系统的地震响应,对接触线横向位移响应的放大最为显著,对支柱底部应力的放大相对较小;接触网系统地震响应的放大程度主要取决于激励方式与视波速的大小;为了得到接触网系统各关键部件的最不利地震响应,应该综合考虑多点激励的影响和场地条件,以选择合适的视波速进行抗震分析.