考虑变量相关性的桥梁时变地震易损性研究

为研究变量相关性对桥梁时变地震易损性的影响,引入Nataf变换和均匀设计,提出了一种考虑变量相关性的桥梁时变地震易损性分析方法。以一多跨连续梁桥为研究对象,基于OpenSees建立其非线性分析模型,考虑氯离子侵蚀引起的钢筋直径及面积的退化,基于OpenSees截面非线性分析及单条地震波的非线性地震响应分析,探讨了氯离子侵蚀对桥梁抗震能力和地震需求的影响。然后,考虑桥墩、铅芯橡胶支座(LRB)、板式橡胶支座(PETB)和桥台等构件的地震损伤,建立了桥梁时变地震易损性曲线;最后,针对结构参数变量相关性对桥梁抗震能力、地震需求和时变地震易损性曲线的影响进行了定性分析。研究结果表明:①氯离子侵蚀会导致桥墩截面极限抗弯承载能力下降,而截面极限曲率、延性能力却略有提升;②考虑由氯离子侵蚀引起的纵筋锈蚀后,桥梁墩底截面弯矩需求有一定程度的下降,而墩顶位移和墩底截面曲率延性需求却有所增大,桥梁在不同损伤状态下的损伤超越概率会随服役时间的增加而增大;③该方法可较好处理结构参数变量相关性,并且考虑变量相关性后,在全寿命设计基准期内,桥墩截面极限抗弯承载能力有所提升,而墩顶位移、墩底截面弯矩和曲率延性需求则有一定程度的下降;④忽略变量相关性条件的影响,可能会高估桥梁结构的时变地震易损性。     

摩擦摆支座隔震铁路连续梁桥振动台试验研究

为研究地震下摩擦摆隔震支座在连续梁桥中的减隔震效果及动力行为,以某(24+32+24)m箱型等截面铁路连续梁桥为原型,进行了1/10缩尺模型的连续梁桥振动台试验。采用3组实测近场地震波进行纵竖向联合输入,观测桥梁试验中及震后损伤情况,并对桥梁位移、加速度及应变响应进行了分析。结果表明:不同近场地震下结构响应具有显著差异;随着地震波地面峰值加速度(PGA)增大,中墩纵向位移平均幅值小于边墩,且其增幅率远小于边墩盖梁;当PGA增大时,摩擦摆支座的隔震率更高,隔震效果更好;在0.5g地震作用下中墩仅出现少量细微裂缝,纵筋最大应变为786με远小于其屈服应变,说明桥墩未屈服,摩擦摆支座可以有效降低桥墩内力响应。     

近断层高架连续梁桥地震易损性与振动台试验研究

与远场地震动相比,近断层地震动长周期成分丰富、存在速度大脉冲效应,对柔性结构桥梁具有更高的震损能力。高架连续梁桥是一种常见的桥梁结构型式,距离断层较近时在地震中可能会发生更为严重的破坏。以一座典型四跨高架连续梁桥为例,对比了远场地震动和含速度脉冲近断层记录输入下的地震易损性规律,并通过缩尺模型振动台试验得到了典型近断层地震动输入下的动力响应。结果表明：与远场或设计地震动相比,含速度脉冲的近断层地震动输入下高架连续梁桥的地震易损性更高,在分析桥梁系统易损性时应综合考虑桥墩和支座的损伤指标,振动台试验结果验证了典型近断层地震动输入下高架连续梁桥动力响应更大。     

应用MR阻尼器的连续梁桥地震损伤控制方法

基于地震作用下连续梁桥的损伤破坏机理,利用MR阻尼器控制元件,建立了基于桥墩广义水平刚度比的阻尼器出力方案,提出了连续梁桥的非线性地震损伤控制方法。对某一联三跨连续梁桥进行地震损伤控制研究,采用IDA(Increasing Dynamic Analysis)方法对控制前后桥梁结构进行损伤分析,结果表明所提出的控制方法可以有效降低桥梁损伤,并使桥墩损伤趋于均匀,显著提高桥梁的抗震性能;对采用不同控制方案和不同设计传递系数的桥梁进行地震损伤分析,结果表明半主动控制方案对墩梁残余位移和桥墩损伤的控制效果优于PON(Passive On)控制,并且设计传递系数对控制效果影响较大,需合理选用。     

基于改进均匀设计响应面的桥梁地震易损性分析

为研究传统均匀设计响应面法中设计变量多重相关性现象和变量相关性条件对地震易损性分析的影响,引入Nataf变换,结合基于样条变换的均匀设计响应面法,提出了一种基于改进均匀设计响应面的桥梁地震易损性分析方法。以一座多跨连续梁桥为例,基于Open Sees建立其动力有限元模型并进行非线性时程分析,考虑了墩柱、板式橡胶支座、铅芯橡胶支座和桥台四类构件的地震损伤,分别在考虑变量相关性前后、采用传统及改进均匀设计响应面法对算例桥梁地震易损性分析进行了比较。研究结果表明,考虑变量相关性后,改进均匀设计响应面法建立的响应面模型能更好地拟合结构功能极限状态函数;桥梁构件及系统在不同损伤状态下的损伤超越概率均有一定程度的降低;忽略变量相关性的影响、采用传统均匀设计响应面法均可能会高估桥梁结构在地震作用下的易损程度。     

强震下隔震连续梁桥地震响应的温度效应研究

基于某三跨隔震连续梁桥,分析了环境温度、隔震支座初始位移及铅芯热效应对其地震响应的影响。首先,分析了隔震支座产生初始位移的机理。在此基础上,选取36条近断层地震动记录,分别采用考虑与不考虑铅芯热效应的隔震支座模型,对该隔震连续梁桥进行了不同环境温度条件下的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：低温环境条件下,环境温度、初始位移、铅芯热共同作用效应会使得隔震连续梁桥结构地震峰值位移明显减小,支座、墩底峰值剪力显著增大,环境温度对隔震梁桥地震峰值响应起主导作用;当环境温度超过常温（20℃）时,由于环境温度引起隔震支座力学性能显著退化,环境温度、隔震支座初始位移、铅芯热效应的共同作用使得结构地震峰值位移显著增大,此时初始位移与铅芯热对隔震支座峰值位移、剪力、墩底剪力影响更为显著。由于部分近场地震动作用下的结构峰值位移显著增大,使得其峰值剪力呈现出增大趋势。     

轨道结构建模精细化程度对高速铁路连续梁桥地震易损性的影响

为探究CRTS Ⅱ板式无砟轨道结构建模精细化程度对高速铁路连续梁桥地震易损性曲线的影响,以一座48 m+80 m+48 m高速铁路预应力混凝土连续梁桥为例,采用有限元分析软件OpenSEES分别建立四个轨道结构建模精细化程度不同的线桥一体化模型,进行了非线性时程分析和易损性分析,构造了桥梁各关键构件和轨道结构各部件的易损性曲线。计算结果表明,在建立轨道-桥梁一体化模型研究高铁连续梁桥抗震性能时,轨道结构建模精细化程度对滑动层的地震易损性曲线影响很大。随着轨道结构建模的精细化程度降低,滑动层发生地震破坏的概率变大。同时,轨道结构建模越简单,滑动支座发生破坏的概率略微增加,桥墩发生破坏的概率略微减小。此外,轨道结构建模的精细化程度对CA层、扣件、桩基等构件的地震易损性曲线基本上没有影响。     

不同墩高铁路连续梁桥 MTC装置减震适用性研究

为明确不同墩高铁路连续梁桥多阶段适时控制连接(MTC)装置减震适用情况,基于其工作原理,以某(75+2×120+75)m铁路连续梁桥为分析对象,采用ANSYS软件建立4种地形下不同墩高连续梁桥有限元模型。分别开展四类场地条件下墩高变化对减震效果、梁体内力及活动墩受力影响分析,探究MTC装置减震优化措施。结果表明:四类场地条件下,不同地形连续梁桥采用MTC装置减震多数情况下均可取得理想减震效果;MTC装置发挥作用时可降低梁体轴力,小幅改变梁体受弯状态,但不会对梁体结构安全产生不利影响;对于个别高墩连续梁桥减震效果不理想情况,可采取调整MTC装置限位刚度的措施增强其减震效果;此外,可通过调整I区限位刚度占比降低活动墩地震响应。     

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。     

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。     

墩底自复位减隔震连续梁桥地震碰撞响应研究

针对连续梁桥一般只设置一个固定墩,抗震设计难以满足实际需求。提出一种新型墩底自复位减隔震结构,通过振动台试验和有限元模拟研究墩底自复位减隔震结构的减震效果,并以典型铁路三跨连续梁桥为例,探讨墩底自复位减隔震结构对连续梁桥主桥与引桥之间的碰撞影响,分析场地类型、墩高以及地震加速度峰值等对碰撞响应的影响。结果表明:墩底自复位减隔震结构具有良好的减震效果,但有可能增大主桥与引桥之间的碰撞响应;场地类型和墩高对墩底自复位减隔震结构的减震效果影响较大,随着场地由I类场地向IV类场地变化和墩高的增加,墩底自复位减震结构的总体减震效果越明显。     

大跨连续刚构桥双肢薄壁墩抗震性能研究

为获得双肢薄壁墩在地震作用下的破坏形态与力学性能,采用低周反复荷载试验探讨了不同轴压比、主筋率及体积配箍率对该类型桥墩抗震性能的影响,得到了各试验墩的破坏特性、滞回曲线、位移延性与耗能性能。试验结果表明:各试验墩的破坏形态基本相似,大体可分为三个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段、弯曲破坏阶段。试验墩在墩底及系梁处破坏严重,其中墩底与墩顶出现显著的弯曲破坏,系梁处出现“X形”裂缝。主筋率较高的双肢薄壁墩滞回曲线较为饱满,耗能性能良好,适当提高轴压比可显著提高该桥墩的延性性能。各试验墩的变形能力较好,位移延性在2.63~3.68,变化幅度较大,主筋率对延性影响显著。     

考虑行波效应的无砟轨道铁路桥梁纵桥向地震响应

为研究考虑行波效应的无砟轨道铁路桥梁纵桥向地震响应,选用某高速铁路连续梁及32 m简支梁桥作为研究对象,分别建立考虑轨道约束模型和传统全桥模型,基于绝对位移输入法(ADM),开展行波效应对两种不同抗震体系(延性及减隔震)铁路桥梁地震响应的影响分析。研究结果表明:对于延性抗震体系,行波对墩底曲率的影响表现为行波对结构反应更有利;对减隔震体系,行波对墩底内力的影响不及延性抗震体系明显。两种抗震体系中,墩梁相对位移的变化应予以考虑,防止邻梁碰撞现象。行波效应对轨道系统的影响应重点关注,避免其轴力过大发生扭曲。不同视波速下,简支与连续梁上的剪力齿槽水平剪力分配呈现此消彼长的现象,简支梁上剪力齿槽抗力应加强设计。行波中的拟静力成分对轨道系统地震响应的贡献显著,动力成分主导桥墩地震响应,两者共同决定总地震响应。     

考虑支座及限位装置非线性的接触摩擦单元模型

在连续梁桥活动墩上设置限位装置后,活动墩处将包含活动支座的摩擦及限位装置的接触碰撞两种非线性,综合摩擦单元及接触单元的特性,分别考虑接触单元的弹性及弹塑性情况,提出了接触摩擦单元的有限元模型,给出了接触摩擦单元的滞回曲线,针对卸载曲线的不同状态,分别推导出了其卸载刚度;利用接触摩擦单元对设置有分散抗震挡块及活动摩擦支座的连续梁桥进行了非线性地震反应分析,对挡块在降低连续梁桥固定墩地震反应上的分散抗震作用进行了研究,该接触摩擦单元可用于设置有防落梁装置及活动支座桥梁的较为细致的抗震分析模型。     

考虑PSI的深水高墩大跨桥梁地震易损性分析

以某深水高墩大跨连续刚构桥梁为工程背景,考虑桩-土相互作用(PSI)、动水压力以及二者联合作用效应的影响,基于OpenSEES源代码分析平台建立有限元模型,随机选取100条近场地震波来考虑地震动输入的不确定性,以峰值地面速度(PGV)作为地震动强度参数,然后分别以墩顶、墩底曲率以及支座相对位移作为损伤指标,建立了桥梁不同构件的概率地震需求模型和地震易损性曲线,对深水桥梁的抗震性能进行了分析和评估。研究结果表明:深水桥梁的动水压力效应会增大桥墩的地震失效概率,但支座的失效概率会略有降低;考虑桩-土相互作用时墩底截面和支座的失效概率会有所减小,但墩顶的失效概率会有所增加;动水压力和桩-土相互作用均对支座易损性的影响相对较小;动水压力对高墩桥梁易损性的影响比桩-土相互作用要大。     

连续梁桥质量转动缠绕索装置振动台试验

为发挥活动墩的抗震潜能,提升连续梁桥纵向整体协同受力效果,基于功能分离与协同受力原理,提出一种质量转动缠绕索装置。以一典型三跨连续梁桥为例,通过以不同地震频谱特性和地震强度的实际地震波作为激励的振动台试验,分析各类地震作用下等墩高模型和不等墩高模型结构关键位置的地震响应的变化规律。从桥墩墩顶加速度响应、位移响应和墩底应变响应等结构关键位置的试验结果可以看出,装置对于增强活动墩参与连续梁桥纵向整体协同受力的效果较为明显,且随着地震动输入强度的增加,装置的协同作用越发凸显。同时,装置的作用效果与装置本身的缠绕圈数、活动墩的墩高等因素有关,设计时需要根据结构墩高的不同确定装置的合理设计参数,以实现装置的最佳应用效果。     

考虑桩径效应的桥梁结构地震风险分析

桩-土-结构相互作用是桥梁结构地震反应分析的重要问题,其中桩径效应不应忽略。以一座三跨连续梁桥为例,研究桩径效应对桥梁地震风险的影响。具体建立三种有限元模型:模型一是同时考虑桩-土-结构相互作用和桩径效应;模型二是考虑桩-土-结构相互作用,但没有考虑桩径效应;模型三是墩底固结的简化模型。通过增量动力分析方法计算桥梁结构的地震易损性曲线和地震风险曲线,对三种模型的计算结果进行对比分析。结果表明,同时考虑桩-土-结构相互作用和桩径效应的模型对应地震易损性与地震风险最高;墩底固结的模型对应地震易损性和地震风险最低。     

高墩大跨连续梁桥内力位移双控减隔震体系的有效性初探

为解决高墩大跨连续梁桥减隔震设计中存在墩底内力与梁端位移矛盾的问题,基于撑架连续梁结构特点和耗能减震思想提出了一种摩擦摆支座和撑架相结合的墩底内力、梁端位移双控的减隔震体系。推导了撑架结构等效阻尼比的计算公式,对比研究了4种减隔震方案的地震响应,验证了摩擦摆和撑架组合使用的优越性,并对撑架结构进行了参数分析,还分析了附加撑架结构在静力方面的优势。结果表明：在撑架等效阻尼比为9%时,静力方面连续梁支点负弯矩减小27%;动力方面墩底弯矩最大减震率为79%,墩底剪力最大减震率为83%,梁端位移最大减震率为50%。说明摩擦摆支座和撑架的组合使用,可实现墩底截面内力和梁端位移的有效控制,降低大跨连续梁的静力和动力响应。     

柱式柔性墩隔震梁桥结构地震易损性分析

对柱式柔性桥墩刚度较小下部构件结构形式的中小跨径桥梁,利用铅芯橡胶支座双线性恢复力特性,通过调节桥梁下部结构整体刚度,改变地震力在不同墩柱间的分配可提升桥梁整体抗震能力。定义桥梁损伤的5种状态,归纳出以曲率延性判定5种损伤水平的量化指标,并与桥墩墩顶位移相关联。选典型桥梁建立有限元模型进行动力弹塑性分析,将隔震改造前后桥梁墩顶位移概率需求与地震易损性进行对比。分析表明,采用柔性桥墩的梁桥结构进行合理隔震改造后,只要保证隔震支座体系正常运行,桥梁整体在大震作用下的抗震水平可明显提升。     

动水压下减震连续梁桥随机优化及减震性能研究

地震作用下,跨海桥梁桥墩和周围水体的动力相互作用将对桥梁结构的动力响应产生较大影响。建立了考虑动水压力的2自由度连续梁桥简化分析模型,推导了其组合刚度和附加质量;提出了以墩顶位移方差最小为目标的黏滞阻尼器参数随机优化的Lyapunov方法。在此基础上,通过对设置黏滞阻尼器的某跨海连续梁桥简化模型进行了阻尼器参数优化,研究了动水压力和地震耦合作用下连续梁桥的减震性能。研究结果表明:动水压力增大了桥梁的地震反应,对桥梁的动力响应特性有较大影响。采用黏滞阻尼器可有效减小跨海连续梁桥的地震反应,改善桥梁结构抗震安全性能。