基于Pushover分析的刚构桥抗震设计方法研究

为了确立基于弹塑性Pushover分析的桥梁抗震设计方法,该文以三跨连续刚构桥为对象,进行E2地震动作用下的抗震分析。在弹塑性分析中,考虑桥梁的建设场地为II类场地,E2地震动的烈度为8度。为了考察水平加载形式对桥梁抗震性能及设计的影响,在顺桥方向和横桥方向均采用2种加载形式,即基本模态加载和等加速度加载。分析结果表明,水平加载形式对刚构桥抗震性能影响较小。通过研究表明,Pushover能够很好的探明桥梁整体结构的弹塑性状态,进行E2地震作用下的抗震设计。     

非规则梁桥横桥向地震碰撞反应分析

针对连续梁桥在横桥向地震作用下梁体与抗震挡之间的碰撞现象,建立了考虑支座非线性和墩柱弹塑性的碰撞模型。在此基础上,应用非线性时程方法分析了横桥向地震作用下非规则梁桥梁体与抗震挡之间的碰撞对结构横桥向地震反应的影响,探讨了减轻碰撞和限制相对位移的措施和方法。研究结果表明:梁体与抗震挡块间的碰撞不仅产生很大的撞击力,还会导致桥墩的地震需求增大,对结构抗震不利。通过在抗震挡内侧安装橡胶缓冲垫,可以极大地减小梁体与抗震挡之间的碰撞力,同时减小矮墩区桥墩的墩顶横向位移和墩底塑性转角,不显著增加高墩区桥墩的墩顶位移和墩底塑性转角。     

双向地震激励下的两阶段多维Pushover分析

在模态Pushover分析方法中,由模态推覆力得到的结构力-位移关系只适合于该模态下的反应,不能合理反映结构整体在地震作用下的弹塑性发展过程。为此,针对双向地震激励下的多层偏心结构,提出了两阶段多维Pushover分析方法。第一阶段:通过双向地震激励下的模态多维Pushover分析结构在双向地震下的位移反应;第二阶段:利用第一阶段得到的组合模态系数建立新的推覆力模式,进行第二次多维Pushover分析,分析结构的弹塑性发展过程。通过算例分析表明:1) 此方法能够较准确的估算结构位移沿楼层的分布特征;2) 随着塑性反应和楼层数的增加,估算偏差随之增大;3) 由组合模态推覆力模式的多维Pushover分析可以从整体上分析结构的弹塑性力-位移发展过程。     

斜拱面非对称钢箱系杆拱桥的抗震分析

天津大沽桥主跨103米,采用全钢斜拱斜系杆面无顶部水平支撑的结构形式,结构复杂,振型多是空间的,自振频率密集。我国新版桥梁抗震设计规范正在编制,目前我国缺少对这种桥抗震设计的明确规定。参考国内外相关规范,采用两阶段抗震设计,确定了表达两阶段水平和竖向地震作用的反应谱,选择和产生合格的三分量地震地面加速度时程历史;计算了拱圈的几何刚度和斜吊杆的割线刚度对地震反应的影响;用有效振型参与质量分别确定了对顺桥向和横桥向地震作用的振型组合所必须的振型数,和非弹性时程积分的合理步长,表明用前57阶振型进行振型组合,以及0.02秒的积分步长能给出可靠的结果。对大沽桥弹性反应分析,反应谱振型叠加法必须使用CQC组合,还应考虑对三向地震作用的反应的组合。利用作者开发的程序BER2002进行三分量地面运动同时输入下的非弹性时程积分。分别考虑水平主波沿顺桥向和横桥向的反应,取大者。分析表明,大沽桥的设计方案有良好的抗震性能。     

考虑墙体作用的低层冷弯薄壁型钢轻型房屋住宅体系弹塑性动力分析

低层冷弯薄壁型钢结构住宅体系的抗震性能是进行该类结构推广应用的关键。该文基于ANSYS软件建立了该类结构体系的数值模型,在考虑冷弯薄型钢构件及门窗洞口加强与否、考虑组合墙体作用与否等情况下,分别进行了设防烈度为7度时常遇地震下的静力分析和弹性时程分析和设防烈度分别为7度、8度和9度时罕遇地震下的弹塑性时程分析。结果表明:常遇地震作用时结构弹性层间位移由风荷载控制,罕遇地震作用下结构弹塑性层间侧移则由地震作用控制;是否考虑组合墙体及墙面板材料特性对结构承载力、变形及抗震性能影响显著。在设防烈度分别为7度、8度和9度时的罕遇地震作用下,考虑组合墙体时结构最大弹塑性层间位移角可满足现行抗震规范(GB50011-2010)要求,双面OSB墙面板且角柱进行加强时抗震性能最好。该文结果可为进一步进行此类结构体系的抗震性能研究及应用提供参考。     

修改的MPA法用于连续刚构桥的抗震性能分析

弹塑性时程分析方法是计算桥梁结构地震响应较为严格的分析方法,但该方法工作量大,计算复杂,不利于工程师进行结构设计。采用基于模态的Pushover分析方法(MPA法),对某高墩连续刚构桥梁进行抗震性能分析,根据建筑结构设计规范,要求振型参与质量之和需达到90%。通过理论分析,提出以振型贡献率提取振型参与计算的加载模式,剔除振型贡献参与质量比低于1%的振型,对高墩大跨连续刚构桥进行了推覆分析。这样既避免了全部模态参与计算的繁琐,又考虑了高阶振型的影响,并与弹塑性时程响应结果进行了对比。计算结果表明,修改的MPA法(MMPA法)应用于高墩连续刚构桥的抗震性能分析是可行的。     

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。     

结构静力弹塑性分析方法的研究和改进

在对结构静力弹塑性分析方法的物理意义进行了有益的探讨之后,指出了该方法存在的一些局限,考虑了结构第二、第三两阶振型对结构地震反应的影响,并在把MDOF体系转换为SDOF体系和进行等效SDOF体系的动力时程分析时,将结构视为两个不同的结构。数值结果表明:采用本文的改进方法以后,计算精度明显提高。     

高架桥-地铁站-桩-土复杂结构体系地震反应分析

基于ANSYS对机场航站区高架桥与其下通过的地铁车站的交叉处结构进行了地震反应分析研究,建立了高架桥-地铁站-桩-土相互作用复杂结构体系的计算模型,同时与桥墩墩底简化为固定端模型单独来分析计算上部桥体以及取消地铁结构替换为承台和桩基础的整体模型进行了地震时程反应对比分析。结果表明:考虑相互作用后,整体结构的动力特性与刚性地基假定下的结果存在较明显的差异,不但体系的自振周期增大,并且前几阶主要振型也有很大改变;整体结构的最大位移增大,但顺桥向与横桥向增大幅度明显不同;而对于最大位移节点的加速度、桥梁支座及桥墩墩底反力,三者的顺桥向与横桥向的差别更加明显,其顺桥向比固定端模型减小,而横桥向出现增大的情况。这些现象表明:对复杂结构体系进行抗震设计分析时,考虑土-结构动力相互作用带来的影响十分必要。     

高架桥-地铁站-桩-土复杂结构体系地震反应分析EI北大核心CSCD

基于ANSYS对机场航站区高架桥与其下通过的地铁车站的交叉处结构进行了地震反应分析研究,建立了高架桥-地铁站-桩-土相互作用复杂结构体系的计算模型,同时与桥墩墩底简化为固定端模型单独来分析计算上部桥体以及取消地铁结构替换为承台和桩基础的整体模型进行了地震时程反应对比分析。结果表明:考虑相互作用后,整体结构的动力特性与刚性地基假定下的结果存在较明显的差异,不但体系的自振周期增大,并且前几阶主要振型也有很大改变;整体结构的最大位移增大,但顺桥向与横桥向增大幅度明显不同;而对于最大位移节点的加速度、桥梁支座及桥墩墩底反力,三者的顺桥向与横桥向的差别更加明显,其顺桥向比固定端模型减小,而横桥向出现增大的情况。这些现象表明:对复杂结构体系进行抗震设计分析时,考虑土-结构动力相互作用带来的影响十分必要。     

人字桥梁多维地震作用下振动台试验研究

按1/20的几何比例制作一典型人字曲线桥梁模型,进行了多维振动台试验,并针对试验模型建立数值分析模型,研究人字曲线桥梁在多维地震作用下的地震响应特点。结果表明,竖向地震分量对桥墩顶纵桥向加速度、主梁分支处两桥墩横桥向相对位移和墩底纵桥向弯矩基本无影响,结构响应与输入地震波的频谱特性和结构形式有关;单向激励下,墩顶纵桥向加速度、分支处桥墩横桥向相对位移和墩底纵桥向弯矩响应都为最大;双向和三向激励都使墩顶纵桥向加速度响应降低,且降低幅度随着墩与直梁正向角度的增加而增加;主梁与分支直梁应设置的初始间隙应大于主梁与分支曲梁。     

强震区中等跨度斜拉桥抗震体系研究

在高地震烈度区,中等跨度斜拉桥选择合理的抗震约束体系,对优化结构抗震性能具有较好的效果。以跨径布置(100+240+100)m的斜拉桥为工程案例,对四种不同的横桥向约束体系进行模态分析、非线性时程分析,并比较了过渡墩的三种约束方案对桥梁整体抗震性能的影响,结果表明在横桥向设置弹塑性约束装置可大幅降低结构地震响应;此外,对弹塑性约束的力学参数F_y、K_1和K_2进行了敏感性分析,得到了结构地震响应的变化趋势,并给出了参数设计的建议。基于理论分析结论,在不同地震水准下,对弹塑性约束装置的工程应用提出了三道抗震设防防线的设计思路,为中等跨度斜拉桥抗震体系的选择提供参考。     

关于电厂钢筋混凝土结构的研究

钢筋混凝土框排架结构是我国火电厂主厂房最常用的结构型式之一。阐述基于结构性能的地震反应静力弹塑性分析方法,评述了其在国内外的研究概况,并提出应用该方法对电厂框排架结构的抗震性能进行评估。     

高墩大跨径连续刚构桥抗震性能评估

高墩大跨径连续刚构桥的抗震性能评估既是桥梁抗震研究的热点又是抗震研究的难点。本文根据其特点提出了一种适合于其弹塑性地震响应的分析方法,利用提出的塑性铰单元和已有的有限元程序,实现了对罕遇地震作用下桥梁结构的地震响应模拟。使地震波峰值逐渐增大直至结构破坏,对西部某高墩大跨径连续刚构桥进行了弹塑性地震响应分析,得到了该种桥型的破坏形式、能够承受的最大地震等级等结论,为抗震设计提供参考。     

钢管混凝土单圆管拱结构罕遇地震作用动台阵试验研究

对缩尺比例为1∶10的钢管混凝土单圆管拱结构模型进行了罕遇地震作用下振动台台阵试验研究。试验结果表明:罕遇地震作用下该模型拱结构各主要截面的应变均超过了材料的弹性极限应变,结构进入了非线性弹塑性阶段;不过,由于套箍作用,模型拱结构的刚度并没有显著的下降,模型拱钢管表面也未出现开裂和破坏现象,钢管混凝土拱结构表现出了良好的抗震性能。试验还表明:输入的地震波反应谱不同,结构的地震响应也不同,其放大效应与输入波形反应谱的起始卓越频率、范围及结构特性相关,最大响应则与反应谱峰值大小相关;拱结构横桥向激励产生的响应一般要远大于纵桥向的,尤以拱顶处最为明显;相对于拱结构静力分析时一般是考虑截面的上、下缘应变来说,地震作用下左、右缘应变更大、更为不利,尤以拱脚截面处最显著。     

基于等效层模型的静动力抗震分析及其在剪力墙减震设计中的应用

以某高层剪力墙结构为工程背景,基于等效层模型,将静力弹塑性方法与非线性时程分析方法相结合,对结构进行了消能减震分析。首先对结构三维空间模型进行了静力弹塑性分析,得到了结构的层间恢复力曲线。在此基础上,根据能量相等原则确定了等效三线型恢复力模型,建立了结构等效弹塑性层模型,进行了弹塑性时程分析,并研究了非线性粘滞流体阻尼器对高层剪力墙结构在罕遇地震作用下反应的振动控制。分别对减震前后剪力墙结构在EL CENTRO波、唐山波和人工波作用下的整体反应进行了分析和评估。研究结果表明,采用静动力综合抗震分析方法对结构弹塑性等效层模型进行时程分析可以用于评估结构的弹塑性整体抗震性能,为工程设计提供参考;采用粘滞流体阻尼器可以明显减小高层剪力墙结构在罕遇地震作用下的反应,使得层间位移满足《建筑抗震设计规范》的要求,该方法可为类似结构的减震设计提供借鉴。     

钢管混凝土单圆管拱结构罕遇地震作用下振动台阵试验研究

对缩尺比例为1∶10的钢管混凝土单圆管拱结构模型进行了罕遇地震作用下振动台台阵试验研究。试验结果表明:罕遇地震作用下该模型拱结构各主要截面的应变均超过了材料的弹性极限应变,结构进入了非线性弹塑性阶段;不过,由于套箍作用,模型拱结构的刚度并没有显著的下降,模型拱钢管表面也未出现开裂和破坏现象,钢管混凝土拱结构表现出了良好的抗震性能。试验还表明:输入的地震波反应谱不同,结构的地震响应也不同,其放大效应与输入波形反应谱的起始卓越频率、范围及结构特性相关,最大响应则与反应谱峰值大小相关;拱结构横桥向激励产生的响应一般要远大于纵桥向的,尤以拱顶处最为明显;相对于拱结构静力分析时一般是考虑截面的上、下缘应变来说,地震作用下左、右缘应变更大、更为不利,尤以拱脚截面处最显著。     

X形弹塑性钢挡块对简支梁桥横向地震反应影响

为研究X形弹塑性钢挡块对桥墩横向地震响应影响,以简支梁桥为背景建立有限元模型。采用非线性时程方法分析弹塑性钢挡块屈服强度、桥墩高度、板式橡胶支座临界滑动力对桥墩地震响应影响。研究表明:与横桥向不采用任何约束相比,弹塑性钢挡块可有效减小墩梁间相对位移;与横桥向采用刚度及强度较大混凝土挡块相比,弹塑性钢挡块可有效减小桥墩剪力及弯矩。桥墩地震反应受弹塑性挡块屈服强度、墩高及板式橡胶支座临界滑动力影响较大。     

地下结构横截面地震反应拟静力计算方法对比研究

对目前地下结构横截面地震反应计算中广泛采用的地震系数法、自由场变形法、土-结构相互作用系数法、反应位移法、反应加速度法等多种拟静力方法进行介绍及分析。以大开地铁车站地震反应为例进行数值模拟,通过改变输入地震波、结构刚度、土层刚度以及结构埋深对各种拟静力计算方法的适用性进行了研究,将不同方法的计算结果与动力时程分析方法结果进行了对比。研究结果表明:反应加速度法与动力时程分析方法符合较好,表明该方法在常见地下结构环境条件下具有良好的适用性与计算精度,可以用于地下结构的抗震反应分析。     

横桥向地震作用下简支梁桥偏心碰撞反应参数研究

汶川大地震中桥梁结构横向抗震挡块遭到严重破坏,其中部分是由于梁体与其发生碰撞所致。针对桥梁结构横向抗震挡块与梁体在强震作用下的碰撞现象,建立了考虑上部结构与挡块间偏心距、支座非线性和墩柱弹塑性的横桥向单墩碰撞模型。采用非线性地震反应时程分析方法,详细研究了偏心距、碰撞刚度、初始间隙、桥墩线刚度、上部结构与盖梁质量比、上下部结构周期比以及墩柱弹塑性等参数对桥梁结构横向地震反应的影响。结果表明：考虑偏心的碰撞进一步增强了系统的非线性,低高度梁(e<70cm)不考虑偏心碰撞分析可能导致不保守的结果,需引起重视。