长联大跨复杂桥梁抗震设计及其方案优化

长联大跨连续梁桥因其跨越能力大、伸缩缝少等优点,应用较为广泛,且跨径联长有不断增大的趋势。该类桥梁在地震作用下的地震响应较为复杂,并且温度变形较大,受减隔震方案的支座选取及约束体系影响较大,在抗震设计时应予以考虑。本文以某长联大跨复杂连续梁桥为研究对象,建立有限元模型,对其抗震性能进行分析。结果表明:采用常规的设计方案不满足抗震要求,需进行减隔震设计。分别设计了单墩固定和双墩固定两种形式的墩梁连接方式,并从温度作用下产生的附加内力、伸缩缝位移、支座和墩柱的地震响应、减震率等方面进行了系统的对比分析,提出最优减隔震方案。分析表明:双墩固定方案的地震响应相对于单墩固定方案稍小,减隔震效率相对较高,且伸缩缝位移相对较小;双面摩擦摆+黏滞阻尼器方案地震响应最小,减震效果最好,但阻尼器易漏油,维护成本高;钢支座(边墩)+高阻尼橡胶支座(中墩)方案支座剪力偏大;综合考虑温度变化影响、地震响应、减震效果以及减隔震方案的可维护性和经济性等各方面的影响,双墩固定的钢支座(中支座)+高阻尼橡胶支座(边支座)方案较优。     

基于SHDR支座的异形斜交梁桥减隔震分析

随着城市桥梁的发展,城市立交匝道上异形斜交梁大量增加,由此引起高烈度地区异形斜交连续梁桥减隔震问题日益突出.本文以甘肃(天水)国际陆港城陆港大道第一联(30+28.5)m异形斜交连续梁桥为实际工程背景,采用有限元分析软件Midas Civil—2019建立桥梁空间三维抗震模型,采用反应谱及非线性时程分析方法,对普通橡胶支座和SHDR支座的地震反应的影响分别进行分析,研究在纵向及横向地震作用下1#固定墩和2#活动墩墩顶左右支座位移及内力的变化规律.结果表明:SHDR支座对该异形斜交连续梁具有很好的减隔震作用,采用SHDR支座能增加桥梁结构前三阶振型的自振周期,避开地震动卓越周期;与普通支座相比,采用SHDR支座后,活动墩分担了较大的地震力,固定墩墩底弯矩和墩顶位移反应显著减小,使结构处于弹性受力状态,以满足抗震设防目标.     

基于IDA方法的连续梁桥地震易损性分析

连续梁桥因跨越能力强、行车舒适性好以及施工方法成熟等优点被广泛采用,因此,保障连续梁桥在地震作用下的安全性,研究连续梁桥抗震性能具有重要意义。使用Midas civil软件建立典型三跨连续梁桥模型,采用增量动力分析(incremental dynamic analysis, IDA)方法对桥梁结构进行地震易损性分析,得到桥梁结构构件地震易损性曲线,从而对桥梁结构抗震性能进行研究。研究结果表明：地震作用下,使用盆式固定支座的桥墩损伤概率始终大于使用活动支座的桥墩,盆式固定支座的破坏概率也大于活动支座;隔震桥墩损伤概率与墩高密切相关,墩高越高,墩顶位移越大,桥墩损伤概率也越大;与非隔震桥墩相比,隔震桥墩损伤概率明显降低,隔震效果明显;与非隔震活动支座相比,由于采用隔震支座后,桥梁结构刚度下降,隔震支座破坏概率反而更高;但相比于非隔震固定支座,隔震支座破坏概率改善明显,总体结果符合桥梁抗震设计思路。     

不同支座对异形斜交梁桥减隔震性能的影响研究

随着城市桥梁发展,城市立交匝道上异形梁斜交梁桥大量增加,对于高烈度地区异形斜交连续梁桥减隔震的问题,以甘肃(天水)国际陆港城陆港大道上异形斜交梁桥为研究对象,采用非线性时程分析方法,研究异形斜交梁桥采用普通橡胶支座、超高阻尼SHDR支座和摩擦摆FPQZ支座的地震反应.结果表明:异性斜交桥梁结构采用FPQZ支座,结构前三阶自振周期增大最大,FPQZ支座在增大周期方面比SHDR支座效果更好;采用SHDR支座,固定墩和活动墩纵横向墩底内力随入射角的变化幅度较FPQZ支座小,且SHDR支座左右墩受力更均匀,对全桥的受力更为有利;异形中墩斜交梁地震作用下墩底内力和位移受地震波入射角的影响较大,工程设计中应充分考虑地震波入射角的影响,采用普通支座和减隔震支座时最大最小内力发生入射角也不相同,设计时应考虑.     

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。     

近场简支梁铅芯橡胶支座隔震特性分析

随着公路桥梁的建设和隔震技术的发展,近断层隔震桥梁的抗震性能研究十分必要.以一座简支微弯梁桥为例,通过非线性时程的方法,探讨简支梁桥在近场地震作用下桥梁的减隔震特性及参数变化规律.分析结果表明,该隔震简支梁桥在近场地震作用下,墩底弯矩和支座位移比远场地震作用下大;采用隔震技术后,在近场地震作用下,减震效果仍有效;纵横向支座位移随屈服强度的增加而减小,且均有随初始刚度增加而减小的趋势;墩底弯矩因波脉冲不同和各墩刚度不一,随初始刚度和屈服强度的变化不一.     

抗剪栓钉对隔震桥梁地震响应的影响

目的研究抗剪栓钉对城市轨道交通隔震桥梁纵向地震响应的影响,分析考虑栓钉的摩擦摆支座组合刚度.方法以某在建城市轨道交通矮墩连续梁桥为研究对象,基于非线性时程分析方法,对比了不同工况下桥梁结构关键部位的地震响应,并分析了不同栓钉抗力对桥梁地震响应的影响.结果曲线、制动墩墩底纵向弯矩时程曲线及梁端纵向最大位移有较大影响;当栓钉剪断时,栓钉抗力对制动墩支座纵向最大位移几乎没有影响,制动墩墩顶纵向最大位移、制动墩墩底纵向最大弯矩随着栓钉抗力的增大而增大,抗剪栓钉的极限抗剪能力宜控制在竖向荷载的6%以内.结论对于城市轨道交通矮墩连续梁桥,进行摩擦摆支座减隔震设计时,要充分考虑抗剪栓钉抗力的影响.     

考虑动水压力的拉索减震支座深水桥梁地震响应分析

以某跨海连续梁桥为例,研究动水压力对拉索减震支座减隔震体系下深水桥梁地震响应的影响,分析拉索减震支座在深水区连续梁桥中的适用性。首先建立考虑动水压力下的深水桥梁地震响应分析方法,然后针对拉索减震支座减隔震体系对该桥进行动力响应分析,并与摩擦摆减隔震体系进行对比。结果表明:动水压力增大了深水桥梁的地震内力和位移响应;拉索减震支座减隔震体系下,动水压力对地震响应的影响程度明显小于摩擦摆减隔震体系,体现了拉索减震支座在深水桥梁抗震设计中的优越性。     

城际铁路变宽度连续箱梁桥的动力特性

研究了变宽度连续箱梁桥在成桥状态下的动力特性.以某五跨变宽度连续箱梁桥为背景,建立整桥三维空间有限元模型,对大桥的模态进行分析,并选用50年超越概率分别为3%(E1)和10%(E2)两个水准的反应谱进行成桥阶段的地震响应分析.结果表明:E1,E2概率下,变宽度连续箱梁桥制动墩上的内力较大,且顺桥向地震荷载作用对制动墩的内力影响比横桥向地震荷载作用大,竖向地震荷载作用对桥墩轴力影响较大,而对桥梁上部结构位移影响不大,变宽度连续箱梁桥地震反应随桥墩高度增加而增强.建议桥梁设计时,重点考虑固定墩及固定支座的设计,并对固定墩底部进行加固处理,抗震分析时,慎重考虑地震荷载竖向分量取值.通过地震反应谱分析,在规范要求的地震荷载作用下,变宽度连续箱梁桥整体抗震性能良好,满足抗震设计要求.     

时效及环境因素对隔震连续梁桥地震反应的影响

为考虑时效及环境因素对隔震支座力学特性的影响,介绍了国外学者和规范提出的支座特性修正系数、调整系数和界限分析方法,结合中国隔震橡胶支座的特点给出了力学特性修正过程.构造了12座具有不同外型特征的连续梁桥作为研究对象,分别采用3种常用的隔震支座(即铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座和超高阻尼橡胶支座),基于Open Sees地震分析计算平台建立了隔震桥梁的3维动力分析模型,通过大量的非线性动力时程分析考察了时效及环境因素对不同高度桥墩地震反应的影响程度及其在不同外型桥梁中的离散情况,还采用增量动力分析技术研究了不同地震动强度(PGA)的影响.分析结果表明:时效及环境因素对隔震桥梁地震反应的影响较大,尤其是对处于0.2~0.4g加速度峰值下隔震桥梁的较低墩的位移反应;对于采用铅芯、高阻尼和超高阻尼橡胶支座的隔震桥梁,不考虑其影响则可能低估较低墩10%、50%和100%及以上的墩顶位移需求.     

考虑地震动空间效应的深水桥梁减震性能

以大跨深水连续梁桥为研究对象,提出了拉索减震体系.对考虑地震动空间效应的不同激励地震动输入的实现方法做了阐述,对比常规体系和弱固定体系,研究考虑地震动空间效应时深水桥梁拉索减震体系的减震效果,并进一步探讨了考虑地震动空间效应时,动水压力对深水桥梁地震响应的影响.研究结果表明,拉索减震支座具有良好的减震性能,且其对地震动空间效应非常敏感;考虑地震动空间效应时,动水压力对拉索减震体系、常规体系动力响应的影响较一致激励有所差异,且该差异随视波速、失相干系数及局部场地条件的不同而变化.     

双曲面球型减隔震支座的开发及应用

首先比较了现行的几种保证连续梁桥顺桥向抗震安全的减隔震措施，然后详细介绍了同济大学桥梁工程系新近开发的双曲面球型减隔震支座的抗震机理和构造特点，接着简要介绍、分析了对该支座进行的抗震性能试验的研究结果，最后通过对一个11跨连续梁桥算例的抗震分析，表明这种减隔震支座非常适用于连续梁桥的减隔震设计．     

双曲面球型减隔震支座的竖向位移分析

介绍了双曲面球型减隔震支座的构造特点和工作机理,表明其能够满足减隔震支座的三个基本要求,并具有结构简单、抗震性能稳定可靠的优点.分析了在地震作用下该支座产生竖向位移的原因和影响因素,并通过试验验证了理论分析的结果.通过对一个2跨连续梁桥算例的非线性时程反应分析,表明此竖向位移对梁体的响应不会有很严重的影响,该支座完全可以满足连续梁桥的减隔震要求.     

大跨连续梁桥纵向减震机理和减震效果分析

基于一座实际大跨度连续梁桥,分析比较了采用动力锁定装置、黏滞阻尼器和双曲面减隔震支座的减震机理和减震效果,讨论了这些减震装置的适用范围.结果表明:动力锁定装置不耗散地震能量,在活动墩处设置该装置,可以合理分配梁体的地震惯性力,但同时结构周期减小,可能增加梁体总的惯性力;黏滞阻尼器不改变结构的周期、振型等动力特性,主要通过阻尼力消耗地震能量,减小结构动力反应;采用双曲面减隔震支座后结构的周期延长,阻尼耗能能力增加,相对于基准模型,显著减小了固定墩的内力,但同时增加了活动墩墩梁相对位移.     

拉索减震支座的抗震性能分析

随着桥梁减隔震技术和装置的发展,研制了适应性较强的新型拉索减震支座。此支座的原理为滑板支座的摩擦耗能效应和拉索的限位作用的结合,其力学特性由相关的实验结果模拟得出。以一座实际连续梁结构为背景,建立了不同支座布置形式的模型并进行比较,重点讨论了采用此拉索减震支座后的减震效果,分析了拉索减震支座计算模型中两个参数（拉索松弛的自由程和支座上下板之间摩擦系数）的合理选取问题。结果表明采用此支座能有效减小连续梁中固定墩墩底地震内力,墩、梁相对位移也在可控制范围内。适当增加支座的初始自由程或摩擦系数能提高支座的减震效果。     

桥梁橡胶支座减,隔震性能研究

本文在桥梁板式橡胶支座、聚四氟乙稀滑板橡胶支座的动力剪切性能以及弧形钢板条的滞回性能试验的基础上,建立了相应的力学分析模式。通过简支梁桥模型的地震模拟振动台试验和计算分析,验证了计算模式的正确性,并表明弧形钢板条耗能器与滑板橡胶支座组合是一简易而理想的减震、耗能体系。     

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。     

弹塑性阻尼支座用于自锚式悬索桥减震设计

对南京夹江自锚式悬索桥采用弹塑性阻尼支座进行减隔震设计,并采用非线性动力时程分析方法,对阻尼支座屈服荷载进行了参数敏感性分析.计算结果显示:设置阻尼支座以后,主梁纵向位移减小为飘浮体系的20%,内力则与飘浮体系地震反应相当;横向地震反应也仅为墩梁、塔梁横向固定体系的15%～50%.表明弹塑性阻尼支座可以非常有效地用于独塔自锚式悬索桥减隔震设计.     

多道防线抗震球型钢支座的开发和试验研究

建议即使在大于规范规定的E2水平的地震作用下桥梁结构也不应出现倒塌、落梁等严重影响交通安全、危害人员生命的震害现象,并相应地提出了三水平设防的桥梁抗震设计方法的抗震性能要求.介绍了实现此方法的一种多道防线抗震球型钢支座的结构形式及其工作机理,最后简要介绍了对该支座进行的力学性能试验,试验结果表明这种支座可以实现三水平设防的桥梁抗震设计,并具有稳定可靠的抗震性能.