基于高阻尼橡胶支座及墩柱劣化的近海隔震桥梁地震响应分析

为研究高阻尼橡胶支座及墩柱材料性能退化对近海隔震桥梁在服役期内抗震性能的影响规律,给近海隔震桥梁的全寿命性能评估提供理论依据,首先,对高阻尼橡胶支座进行海水干湿循环作用下的性能劣化试验,得到相应的力学性能劣化时变模型,给出全寿命周期内高阻尼橡胶支座力学性能时变参数,并基于钢筋力学性能和混凝土材料退化模型,计算全寿命周期内钢筋和混凝土的时变参数,分析纵筋单独劣化、箍筋单独劣化及二者共同劣化3种工况条件下,桥墩截面的抗弯承载力及延性在全寿命周期内的时变规律。随后,采用SAP2000软件建立近海隔震桥梁非线性有限元模型,设计支座单独劣化、墩柱单独劣化、支座和墩柱共同劣化3种工况,分析对比不同工况下桥梁的地震响应时变规律。结果表明:箍筋劣化导致桥墩截面的延性显著降低,但对截面抗弯承载能力影响不大,纵筋劣化则相反,二者共同劣化使得桥墩截面的抗弯能力和延性均大幅下降;墩柱单独劣化和支座单独劣化对桥墩反应和支座滞回曲线均有影响,但相比于支座性能和墩柱材料单独劣化,二者共同作用时影响最大;随着服役时间的增加,墩顶位移和墩底弯矩-转角滞回面积逐渐增大,而墩底弯矩和支座滞回面积均变小;隔震桥梁的抗震性能受极罕遇地震的影响较大,极罕遇地震作用下,桥墩及支座的地震响应均显著增大。     

基于天然橡胶支座老化时变规律下近海隔震桥梁时变易损性分析

对天然橡胶隔震支座开展海洋环境下的耐久性试验,进而得到其随老化时间变化的性能劣化规律,同时参考已有钢筋混凝土材料在氯离子侵蚀作用下的性能劣化规律,通过SAP2000软件建立近海隔震桥梁的非线性动力分析模型。考虑墩柱单独劣化、支座单独劣化及二者共同劣化三种工况,开展全寿命周期不同时间节点的桥梁时变地震易损性分析,对比分析不同工况下不同破坏状态的构件失效概率。结果表明:在相同工况和破坏状态下,支座易损性均大于墩柱易损性,随着服役年份增加,墩柱易损性增加,支座易损性下降;从工况一至工况三,墩柱在不同破坏状态下的易损性都随着劣化时间增长而呈现不同程度的上升,而隔震支座的易损性则随劣化时间增长而呈现下降的趋势,在工况三下,两者易损性的变化最为显著;无论对于墩柱还是对于橡胶隔震支座,和不考虑劣化的初始值相比,三种工况下的易损性曲线均产生了较大变化,以初始值对应的易损性曲线去评估桥梁全寿命期内的抗震安全性会导致低估了墩柱易损性,而高估了支座的耗能能力,无法真实反映隔震桥梁的真实抗震性能变化情况。     

基于响应面法的高铁隔震桥梁地震风险分析

考虑高铁桥梁结构自身和地震动的不确定性,采用SAP2000分别建立隔震与非隔震高铁桥梁模型,运用中心复合设计法建立试验样本,对桥梁结构模型进行非线性动力时程分析,分别建立以墩柱位移延性系数和支座剪切位移为输出的响应面函数。基于拉丁超立方抽样,获得隔震与非隔震桥梁构件的易损性曲线;基于结构易损性和地震所造成的损失分析,得出桥梁结构在其全寿命期内的总费用。研究结果表明：通过中心复合设计法得到响应面函数的方法,可以大幅提高高铁隔震桥梁易损性分析的计算效率;隔震墩柱发生各级破坏的超越概率均明显低于非隔震墩柱,说明摩擦摆隔震支座通过延长结构周期和摩擦耗能对高铁桥梁墩柱起到了很好的保护作用;隔震桥梁全寿命期内地震经济损失、检修费用及全寿命总费用等均低于非隔震结构,说明隔震桥梁在全寿命周期内的经济性好。     

公路梁桥高阻尼橡胶支座优化配置研究

减隔震设计是较为有效的抗震措施,高阻尼橡胶支座(HDR)亦因其较好的减隔震效果在公路梁桥中广泛应用。采用非线性时程分析法对软弱场地中配置不同减隔震支座的梁式桥进行地震响应分析,研究发现高阻尼橡胶支座的减隔震效果优于相同支承能力的板式橡胶支座。然而,无论是滑动式板式支座还是滑动式高阻尼橡胶支座均会导致相应桥墩处的支座位移过大,且各项地震响应与其他各墩差异较大,荷载在各墩间分配不均。通过改变边墩处高阻尼橡胶支座的刚度及类型,分析对比了支座的各项参数对桥梁结构地震响应的影响规律。研究发现全桥采用刚度相近的高阻尼橡胶支座时能够达到全桥各墩抗震性能的均衡、减小地震作用对桥梁结构及支座的破坏。     

隔震桥梁结构的简化反应分析及设计参数研究

在规则隔震桥梁结构简化为2自由度系统的基础上,利用等效线性化方法进一步将以隔震模态为主的2自由度隔震桥梁结构简化为双线性的单自由度隔震系统,考虑了隔震支座的双线性特性,并计入了隔震支座下部结构质量及墩柱粘滞阻尼比等参数对结构响应的影响,提出了相应的计算力学模型,重点讨论了隔震支座的剪切位移延性、硬化刚度比、隔震桥梁结构的质量比、隔震模态周期、墩柱周期及其粘滞阻尼比等参数对隔震桥梁结构在近场地震作用下非线性动力响应的影响,并对隔震支座设计参数的选取给出了合理的选择标准.     

高速铁路铅芯橡胶支座桥梁隔震研究

针对铁路桥梁减隔震设计的关键技术,给出了铅芯橡胶支座的等效线性模型及主要动力参数的计算方法,建立了高速铁路车桥系统全桥模型,计算了隔震前后高速铁路桥梁的动力响应,分析了铅芯橡胶支座（LRB）的隔震效果．分析结果表明：当支座动力参数选择适当时,采用隔震装置既可有效降低墩底弯矩剪力等动力响应,又不增加梁体位移和支座变形,起到良好的隔震耗能效果．     

双向隔震铁路桥梁与列车的耦合振动响应研究

为了研究铅芯橡胶双向隔震铁路桥梁在列车荷载作用下的动力性能,本文首先建立一座三跨隔震桥梁三维模型,然后对双向隔震铁路桥梁和列车组成的车桥系统耦合振动进行分析,研究其机理.结果表明,隔震桥梁在横桥向的隔震周期越大,桥梁梁体在列车荷载作用下横桥向位移越大,支座阻尼对桥梁梁体横桥向水平振动的衰减作用更加明显,对桥梁上部结构扭转角和竖向位移的影响可以忽略不计.桥梁横桥向的隔震周期的增大,使车体横摆、侧滚振动位移响应更加剧烈,对车体各个自由度的加速度响应影响可以忽略不计;隔震支座阻尼的增大对车体横摆、侧滚角、摇头角、沉浮和点头角位移响应以及对车体各自由度的加速度响应影响较小.     

极罕遇地震下大底板双塔楼PC隔震结构抗震性能分析

为研究极罕遇地震作用下大底板双塔楼PC隔震结构的抗震性能,采用ANSYS有限元软件对大底板双塔楼RC隔震结构和PC隔震结构进行了有限元模拟.对比分析了罕遇、极罕遇地震作用下两种结构的楼层位移响应、底板应力分布等动力响应和能量耗散情况.结果表明:相比RC结构,PC结构的自振周期和楼层位移响应增大,顶层加速度减小,上部结构塑性耗能增加,损伤严重;极罕遇地震作用下,两结构的隔震层变形显著增大,但耗能能力相对降低,上部结构耗能占比增大,建议在隔震设计时考虑使用较大直径隔震支座;极罕遇地震作用下,两结构塔楼连接位置处的大底板应力峰值均明显增大,故设计时应对塔楼连接位置采取相应的加强措施.     

设置双向隔震支座铁路桥梁的耦合振动响应

利用有限元软件ANSYS建立了一座三跨隔震桥梁三维模型,并利用Matlab编制双向隔震铁路桥梁和列车组成的车桥系统耦合振动分析程序,研究了铅芯橡胶双向隔震铁路桥梁在列车荷载作用下的动力性能.分析结果表明:隔震桥梁在横桥向的隔震周期越大,桥梁梁体在列车荷载作用下横桥向位移越大,而扭转角和竖向位移变化不明显;桥梁横桥向的隔震周期较大时,支座阻尼对列车作用引起的桥梁梁体横桥向水平振动的衰减作用更加明显;随着桥梁横桥向隔震周期的增大,车体横摆、侧滚振动位移响应显著;隔震支座阻尼对车体横摆、侧滚位移响应有一定的衰减作用;横桥向的隔震周期和隔震阻尼比的不同对车体摇头、沉浮和点头位移响应影响较小.     

隔震桥梁地震响应非线性分析

使用铅芯橡胶支座（LRB）作为隔震设备，分析了一个典型3跨连续梁桥在4种地震作用下的系统响应。采用Bouc-Wen模型模拟LRB的力一变形非线性行为，使用有限单元方法建立系统刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵，使用龙格库塔法求解非线性方程。研究的重要参数包括桥墩的刚度、支座的屈服强度及屈服后周期，评价的主要依据是主梁振动加速度、桥墩支座位移、桥台支座位移及桥墩底部剪力和弯矩。结果表明：桥墩刚度对地震响应的隔震效果有很大的影响，随着桥墩刚度的减小，隔震效果降低，而LRB对桥墩刚度较大的桥梁有很好的隔震效果；LRB的屈服强度和屈服后周期均对隔震效果有一定的影响，不同的地震激励对系统的影响不同，对某种地震激励，存在一个最优的LRB屈服强度。     

滑动支座摩擦效应对连续梁桥地震响应影响

以1座跨度为(55+4×90+55)m的预应力混凝土变截面连续梁桥为研究对象,采用ANSYS软件建立桥梁动力分析模型.选取3条人工地震波作为地震动输入,基于动力非线性分析方法,考虑摩擦效应,分析盆式橡胶支座连续梁桥非固定墩的地震响应和支座的滞回性能,并与未考虑摩擦效应的地震响应进行比较.结果表明:非固定墩处的盆式橡胶支座在地震作用下形成了规则、饱满的滞回曲线,形状近似为矩形;相对未考虑盆式橡胶支座摩擦效应的模型,考虑支座滑动后,固定墩墩底顺桥向弯矩、剪力分别降低了25.91%、27.41%,固定墩墩顶顺桥向位移和非固定墩墩梁相对位移分别降低了26.15%、25.59%;对于多跨长联连续梁桥,滑动支座数量多且反力大,若不考虑滑动支座的摩擦耗能,桥梁结构地震响应结果偏大,抗震设计偏于保守.     

组合减隔震装置在双塔斜拉桥中的设计应用

为了研究组合减隔震装置在双塔斜拉桥中的减隔震效果,以乐清湾双塔斜拉桥为例进行分析。采用Midas/Civil有限元软件建立桥梁空间有限元模型,分析对比仅采用铅芯橡胶支座和组合减隔震装置时双塔斜拉桥的减隔震效果。结果表明,桥塔和过渡墩均设置减隔震装置的组合减隔震方案能获得更好的减隔震效果。过渡墩仅使用铅芯橡胶减隔震支座能有效减小过渡墩墩底弯矩,使用组合减隔震装置方案可以令能力冗余构件承担一部分地震力,在限制位移和控制地震力方面效果显著;组合减隔震装置可以对桥梁受力进行更好的分配,达到了优化减隔震效果。     

基于振动台试验的曲线桥梁抗震性能研究

为了研究S形曲线梁桥在地震作用下的动力响应及抗震性能,设计并制作一座相似比为1／20的S形曲线梁桥进行振动台试验研究。结果表明：在地震作用下,S形曲线梁桥的梁体未有明显损伤,桥墩出现裂缝,支座破坏严重;在墩底屈服之前,墩梁已发生较大相对位移,桥梁极易发生落梁破坏现象;桥墩在大震作用下的扭转耗能作用十分明显。在振动台试验基础上,对S形曲线梁桥提出一种“梁体漂浮抗震设计”的概念设计方法,为该类桥梁的抗震设计理论提供支持。     

非规则梁桥横向X形弹塑性阻尼器合理参数分析

提出采用X形弹塑性阻尼器(XSEPD)代替梁桥混凝土挡块,以控制梁体位移,减小下部结构地震反应.对板式橡胶支座(LRB)与X形弹塑性阻尼器的力与位移关系进行分析,并以一座典型非规则梁桥为例,通过参数分析探讨X形弹塑性阻尼器的不同布置方式对桥梁横向地震反应的影响规律.结果表明,通过适当选取X形弹塑性阻尼器的设计参数,可以有效控制墩梁相对位移,并能合理分配高低墩间所承受的地震力.     

多联不规则减隔震梁桥过渡墩抗震性能评价

结合一个工程实例,研究多联不规则减隔震桥梁的地震反应及结构易损部位,并针对其地震响应特点,提出几种调整过渡墩引桥部分铅芯橡胶支座参数的方案,以改善桥梁的抗震性能.采用非线性动力时程分析方法,分析比较了各方案的抗震能力.研究结果表明,适当提高支座的屈前刚度和屈后刚度,或选择合适的屈服力,均可以有效改善过渡墩的抗震性能.