柔性横系梁双柱墩的抗震行为分析

基于Pushover分析方法,探索柔性横系梁对双柱式桥墩抗震行为的影响.采用弹塑性纤维单元,建立单柱墩、盖梁双柱墩和柔性横系梁双柱墩模型并进行对比分析,研究横系梁刚度变化对桥墩破坏机理、墩顶位移能力、位移延性系数以及基础受力的影响.结果表明,随着横系梁刚度的增大,墩顶位移延性能力逐渐减小,位移延性系数逐渐增大,桥墩的承载能力逐渐增大,同时提供给基础水平推力能力增大.对于规则桥墩,柔性横系梁双柱墩的墩顶最大塑性位移比单柱墩略小,可按单柱墩位移延性能力计算公式计算其墩顶位移延性能力.     

考虑墩-水耦合作用的中等跨径RC梁式桥震损分析

研究了考虑墩-水耦合作用时某山区RC梁式桥的非线性地震反应及损伤判别。利用有限元软件,采用Morison方程法考虑墩-水耦合作用,基于位移延性比破坏指标,对桥墩不同淹没深度下的桥梁进行非线性地震反应分析,实现了桥梁损伤的判别,对比分析结果表明:由于墩-水耦合作用,桥梁自振频率降低,墩顶及支座相对位移明显增加;考虑墩-水耦合作用后,在E1地震作用下桥梁损伤略有增加但仍处于无损伤阶段,在E2地震作用下桥梁的损伤程度显著加剧,由轻微损伤加剧为逼近中等损伤。     

基于改进的模态往复pushover法的拱桥抗震性能评估

针对目前拱桥抗震性能评估方法的不足以及抗震设计规范的局限性,引入改进的模态往复pushover分析,利用Ghobarah隐式双参数指标进行拱桥结构损伤评估.建立了3组刚架拱结构的有限元模型,拱肋均采用跨度为5.4 m的钢管拱肋,桥墩分别为钢筋、钢骨以及钢管混凝土桥墩.对3组刚架拱结构采用倒三角荷载分布形式的侧向力,进行了OBG、SFS、TAR等3条地震波的MMCP法分析和动力时程分析,得到墩顶位移、滞回耗能和损伤指标曲线.研究结果表明:1MMCP法可用于拱结构的抗震性能评估;2MMCP法能够准确地预测拱结构整体的损伤情况;3MMCP法可与桥梁规范的设计反应谱相联系,使评估结果具有一定的普适性、安全度.     

钢管混凝土桥墩地震响应有限元分析

基于柔度法有限元分析了钢管混凝土桥墩的地震响应规律,探讨了轴压比、长细比、含钢率、混凝土强度等参数对地震力、墩顶位移、墩顶加速度等的影响.结果显示：①随着轴压比、钢管厚度和混凝土强度的增加墩底地震力增加,随着桥墩高度的增加地震力降低;②随着轴压比、桥墩高度的增加,墩顶地震位移增大,随着钢管厚度和混凝土强度的增加地震位移降低;③随着轴压比的增加,墩顶地震加速度减小,随着桥墩高度的增加,墩顶加速度先减小后略增加,随着钢管厚度和混凝土强度的增加,墩顶地震加速度增加.相关成果可为钢管混凝土桥墩抗震设计和施工提供借鉴和指导.     

海冰对单柱式桥墩非线性地震反应的影响

用简化的附加水质量模型考虑动水压力对桥墩的影响,用动冰力模型考虑冰与桥墩的相互作用,建立了冰水域单柱式桥墩地震反应的动力计算模型,并利用时程分析法研究了在不同类型地震作用下海冰对桥墩非线性地震反应的影响.桥墩的最不利反应一般发生在海冰质量为5×106～5×107kg,可作为桥墩设计时的海冰质量;且墩底截面出现最大曲率时对应的海冰质量随着水深的增大而变大.有冰时墩底截面曲率延性需求系数、墩顶最大位移和墩顶残余位移比无冰时增大数倍,墩底截面弯矩–曲率滞回曲线呈倒"S"型更显著,桥墩的变形和耗能能力显著下降.同时,与近场地震波作用时相比,远场地震波作用下海冰对单柱式桥墩顶部最大位移和残余位移的影响更大.     

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。     

考虑墩顶约束作用的桥墩船撞力学模型及其响应

在考虑上部主梁对桥墩墩顶约束及基础约束作用的基础上,建立了边界条件合理的船舶与桥墩撞击理论力学模型,采用Laplace正变换和Crump逆变换,对该动力控制微分方程进行理论求解并分析撞击力与位移响应。将理论计算结果与欧洲规范以及未考虑墩顶约束的悬臂墩模型计算值进行了比较,结果表明考虑被撞桥墩墩顶受上部结构的约束作用对撞击响应的影响较为显著。分析上部主梁结构等效约束刚度与被撞桥墩船撞力及墩顶位移的关系并与欧洲规范和铁路规范进行了比较。建立了峰值撞击力简化计算公式,该公式在欧洲规范的基础上增加考虑了桥墩侧向刚度、船舶质量及船艏刚度等因素,与其他规范公式在改变不同参数的情况下进行了比较,验证了其具有较好的适用性。     

基于双地震动强度指标的桥墩地震易损性模型研究

基于双地震动强度指标,开展典型桥墩的地震易损性模型研究.采用Open Sees软件建立桥墩的有限元分析模型,通过增量动力分析方法计算得到桥墩的地震响应.根据受试者工作特性分析方法对地震动强度指标进行评价,选择出有效性较好的地震动强度指标组合,基于线性组合的方法分别建立双地震动强度指标桥墩易损性模型,并和单地震动强度指标模型进行对比.结果表明:双地震动强度指标的有效性普遍优于单一地震动强度指标;桥墩发生相同损伤状态时,基于双地震动强度指标建立的易损性曲面的中位值小于基于单一地震动强度指标得到的中位值.研究结果可为桥梁结构的后续风险评估及加固决策提供参考.     

基于累积塑性应变的结构多维易损性分析

将拟力法的概念运用于能量平衡方程而提出累积塑性应变,其表示为塑性耗散能需求与耗能能力之比.塑性耗散能反映了结构在地震作用下的损伤累积效应,作为构件层次损伤指标的累积塑性应变也考虑了损伤累积效应.建立基于最大层间位移角的易损性曲线,假定一系列累积塑性应变阈值,通过易损性曲线吻合度确定与全局性能水准相对应的局部损伤状态,即累积塑性应变阈值.以累积塑性应变和峰值层加速度响应作为结构构件和非结构构件的工程需求参数,在多维易损性理论框架下建立二维性能极限状态方程和概率地震需求模型,进行易损性分析,并分别讨论加速度阈值、工程需求参数和性能极限状态相关性对易损性的影响.     

强震作用下连续梁桥多墩联合半主动控制

为了平均分配连续梁桥各墩的损伤,提出了一种多墩联合半主动控制算法.该控制算法在主动最优控制力的基础上,综合考虑连续梁桥各墩的损伤状态,通过调整阻尼器的目标出力,在主梁加速度和各桥墩的墩顶与主梁间相对位移得到控制的同时,使各桥墩的损伤指数平均分配.本文以一设置了磁流变(MR)阻尼器的3跨连续梁桥为研究对象,采用MATLAB进行数值模拟分析,对所提出的半主动控制算法进行了多种工况下的验证.计算结果表明,采用多墩联合半主动控制算法能够较好地控制桥梁的地震反应,同时有效降低破坏最严重的桥墩在强震过程中的损伤指数,达到各桥墩损伤平均分配的效果.     

配箍率对PP-ECC实心墩抗震性能的影响

为研究箍筋含量对聚丙烯纤维水泥基复合材料(PP-ECC)实心墩抗震性能的影响,设计并制作了3个含箍率不同的PP-ECC实心墩,并用1个普通混凝土实心墩作为对比试件,对4个试件进行了低周往复荷载作用下的拟静力试验.获得了PP-ECC及普通混凝土实心墩的破坏过程和破坏特征,基于试件实测的荷载-位移滞回曲线和骨架曲线等试验结果,探讨了箍筋含量对PP-ECC桥墩的承载能力、变形性能及耗能能力的影响规律,并与普通混凝土桥墩的抗震性能指标进行了对比分析.结果表明:与普通混凝土桥墩相比,墩底塑性铰采用PP-ECC可以改善桥墩的破坏形态和损伤程度,显著提高其位移延性和耗能能力,但对试件的承载能力影响较小;PP-ECC基体中的纤维在一定程度上具有箍筋的作用,在配箍率较低情况下,PP-ECC桥墩仍具有良好的抗震性能;塑性铰区配箍率越高,PP-ECC桥墩的滞回曲线越饱满,试件的位移延性系数和黏滞阻尼系数越大,抗震性能越好.     

考虑PSSI的桩柱式桥墩震后残余位移分析

为研究钢筋混凝土桥墩在强震下的残余变形机理,建立了考虑桩-土-结构相互作用(pile-soil-structure interaction, PSSI)的桩柱式桥墩抗震数值分析模型,考虑了桥墩、桩身以及桩-土相互作用等非线性行为.首先,基于单桩拟静力试验结果验证了建模方法的准确性,然后通过与墩底固结模型的对比,分析了近断层地震动下PSSI对桩柱式桥墩墩顶残余位移的影响.结合结构自振周期,桩身残余位移、曲率延性系数,土体非线性反应等结果,对墩顶残余变形的机理进行了讨论.结果表明：考虑PSSI的桩柱式桥墩自振周期为墩底固结模型的2.0～2.2倍,PSSI显著增加了墩顶的最大位移和残余位移.随着砂土相对密实度减少,结构自振周期、墩顶最大位移和残余位移均呈增大的趋势.桩身的残余变形主要集中于桩顶4倍桩径深度范围内,且随着砂土相对密实度增加,桩身残余变形深度减少.桩身塑性变形集中于地表下1.3～5.3倍桩径范围内,且随着砂土相对密实度增加,桩身塑性区范围减少,桩身截面最大曲率增大.     

重力式钢筋混凝土桥墩的弹塑性地震行为

采用简化的单墩模型,用Ｔａｋｅｄａ退化三线性模型研究了地震时重力式钢筋混凝土桥墩的弹塑性行为．定义了弯矩折减系数和墩顶位移放大系数,探讨了它们随墩高和地震烈度的变化规律．     

某大跨度连续梁桥的地震易损性分析

连续梁桥是我国高速公路、轨道交通中常用的一种桥梁结构形式。为研究大跨度连续梁桥，选用CSibridge软件对某跨度为181 m的桥梁进行有限元模拟，首先通过非线性增量动力分析方法，计算不同地震动下的墩顶位移。然后通过Xtract软件得到墩底弯矩曲率曲线并定义地震损伤指标。再基于对数正态分布假定，计算了不同地震动强度下的地震需求参数，得到了连续梁桥的地震易损性曲线。最后通过曲线得到了在不同强度的地震作用下，发生轻微破坏、中等破坏、严重破坏和完全破坏的概率。结果表明，易损性分析结果可以反映桥梁的综合抗震性能和各级损伤状态的超越概率，为桥梁结构抗震设计提供了参考。     

考虑轴压比影响的钢筋混凝土圆形桥墩位移角地震损伤指标研究

桥墩的抗震性能对于整个桥梁而言具有举足轻重的作用,对其损伤状态进行合理评估是桥梁地震损伤评估的一个关键问题。首先,选取桥墩位移角作为桥墩地震损伤的评估指标,通过对来自不同试验数据库的混凝土圆形桥墩抗震试验数据的统计分析和分布拟合,确定不同损伤状态下的桥墩位移角限值。其次,考虑轴压比的影响,对桥墩位移角损伤指标进行修正。最后,选取高烈度地区具有代表性的桥墩进行循环荷载下的抗震性能数值模拟,并采用未用于统计分析的试验结果,对所给出的桥墩位移角损伤指标取值进行验证。结果表明:所提出的混凝土圆形桥墩地震损伤评估指标合理,相比于其他非位移角指标,采用考虑轴压比修正的桥墩位移角作为评估指标可以方便且更合理地评价桥墩在地震中的损伤情况,为评估桥梁整体地震损伤状态提供依据。     

基于能量法的刚构桥合龙顶推位移计算方法

为进一步明确刚构桥合龙顶推过程中高桥墩的力学特征,文章根据最小势能原理,应用Rayleigh-Ritz法推导刚构桥合龙顶推位移计算公式,以某刚构桥合龙顶推施工过程为例,对Rayleigh-Ritz解析解进行对比分析,揭示参数变化对顶推位移影响规律,阐明Rayleigh-Ritz解析解与静定解之间的差异。研究结果表明：采用能量法计算的刚构桥合龙顶推位移计算结果与有限元法分析结果最大偏差为3.6%;由于重力二阶效应和墩顶偏心力矩对顶推位移的影响程度不同,Rayleigh-Ritz解析解与不考虑重力二阶效应结果较为吻合,静定解计算结果偏小;刚构桥墩高增大,Rayleigh-Ritz解析解与不考虑重力二阶效应结果、静定解的偏差均变大,最大分别为15.1%、29.8%。重力二阶效应和墩顶偏心力矩对墩高变化的敏感性不同,一般刚构桥不能忽视墩顶偏心力矩,超高桥墩顶推位移计算需重点考虑重力二阶效应的影响。     

附加可更换阻尼器装配式桥墩的抗震性能

为减轻灌浆套筒装配式桥墩的地震损伤，尽快恢复震后桥墩使用功能，在常规灌浆套筒装配式桥墩的基础上，提出一种在桥墩墩底连接处设置可更换阻尼器的改进方案。采用数值模拟方法对常规灌浆套筒装配式桥墩和附加阻尼器灌浆套筒装配式桥墩进行对比分析，研究附加可更换阻尼器装配式桥墩的抗震性能。结果表明，灌浆套筒装配式桥墩安装可更换阻尼器后，水平承载力提高了10%,累积耗能提高了27%,桥墩墩底连接处的损伤减轻，其中最大残余位移减少了19%,桥墩抗震性能提高，对桥梁韧性抗震研究具有一定参考意义。     

预应力混凝土桥墩抗震模型实验与性能分析

基于以往的试验研究进行室内振动台试验,模拟分析了钢筋混凝土墩及预应力墩的抗震性能.与普通钢筋混凝土桥墩相比,预应力钢筋利用预应力的高强弹性提高了墩柱的延性性能,降低了残余位移.由于预应力的存在,使得墩柱刚度较普通混凝土墩大,墩顶位移减小,墩底应力降低,能承受更大的地震加速度波.     

基于性能的平面不规则结构地震易损性分析

针对平面不规则框剪结构,提出基于性能的结构整体地震易损性分析方法。基于性能分析静力弹塑性,根据结构极限损伤状态定义平面不规则框剪结构层间位移角和层间扭转角的4个性能水平限值。通过弹塑性动力时程分析获得结构地震响应。根据超越概率的定义,分别计算层间位移角和层间扭转角极限状态下超越概率。结合地震峰值加速度及超越概率对一平面不规则框剪结构进行基于性能的地震易损性分析,绘制结构的易损性曲线,比较2个指标的易损性曲线,评估结构的抗震性能。研究结果表明:对平面不规则结构进行易损性分析时,应考虑扭转响应对结构的影响,防止高估这类结构的抗震性能。     

基于频率合成法分析大跨连续刚构桥高墩横向振动基频

桥墩的自振特性是大跨连续刚构桥结构设计的重要参数,而桥墩的横向振动基频对边界弹性约束条件是敏感的.通过平动约束、转动约束和平转动耦合约束来模拟基础对墩底的约束作用,成桥状态下采用平动约束和转动约束弹簧来模拟墩顶的边界约束,利用Rayleigh和Southwell频率合成法推导出桥墩复合振动基频的计算公式.最后将有限元模型分析解和文中公式计算值进行对比,结果表明两者相对误差最大为7.50%,验证了频率合成法和基频计算公式的正确性,对同类型结构的状态评定和动力特性分析具有重要参考作用.