隔震桥梁非线性地震反应分析

根据隔震桥梁的设计特点,分别利用非线性水平和转动弹簧单元来模拟减、隔震支座和桥墩延性塑性铰的非线性性能,计及隔震器、减震器的作用对桥梁结构非线性弹塑性动力反应进行研究.采用大型结构分析软件ANSYS,结合算例分析了桥梁采用减、隔震支座和利用桥墩延性抗震的减震效果.     

高轴压比下内置闭合钢管的钢骨砼桥墩曲率延性系数

为提高震区桥梁抗震延性,选择内置闭合钢管的钢骨混凝土矩形桥墩进行延性设计.考虑到近场罕遇地震下桥墩可能承受较大轴力,根据平截面假定、力的平衡和材料本构关系,分别推导了高轴压比下截面屈服曲率和极限曲率关于截面设计参数的解析公式,并通过数值方法验证了解析公式的正确性.将截面极限曲率和屈服曲率之比定义为曲率延性系数,实现已知截面设计参数定量计算桥墩延性的目的,并以曲率延性系数为指标比较了钢骨混凝土桥墩和箍筋约束混凝土桥墩的抗震延性.研究结果表明:高轴压比下,利用截面设计参数计算曲率延性系数的解析方法是可行的;当耗材相同时,高轴压比下钢骨混凝土桥墩较箍筋约束混凝土桥墩具有更好的抗震延性.     

钢筋混凝土高墩抗震性能评价指标

基于性能的抗震设计是结构抗震设计规范的主要发展方向,其中结构抗震性能水准的定义及其性能指标的选择和量化对结构抗震性能评价至关重要。根据钢筋混凝土高墩的地震反应特性,确定采用曲率延性系数作为性能参数,并给出桥墩在地震作用下曲率延性系数对应各性能水准的量化值。分别以位移延性系数、位移角限值以及曲率延性系数作为性能评价指标,采用增量动力分析法对桥墩进行抗震性能研究,分析结果表明：对于钢筋混凝土高墩而言,曲率延性指标更为合理可靠,尤其是在强震作用下能够更准确反映墩柱的内部破坏情况。     

低配筋混凝土桥墩抗震性能的实验研究

通过５个大比例尺桥墩模型的往复加载实验，研究了低配筋混凝土桥墩的抗震性能，如荷载—位移关系、延性比和累积耗能等．着重讨论了剪跨比和配箍率对破坏模式和延性动力参数的影响，并且得出了一些对桥梁延性抗震分析和设计有用的结论     

钢筋混凝土桥墩地震破坏振动台试验研究

钢筋混凝土桥墩箍筋约束不足和剪跨比过小(短柱)造成的脆性剪切破坏在近几次地震桥梁震害中占有较大比重.为解决此问题设计制作了各3根圆形截面和方形截面桥墩试件,分别代表具有良好箍筋约束、配箍率不足和小剪跨比3种情况,并通过振动台试验研究了其抗震性能.对小震、中震和大震作用下桥墩试件的破坏形态、加速度和位移反应、位移延性系数和耗能等方面进行了比较分析,结果表明,小剪跨比桥墩在地震作用下反应位移延性系数较大,在抗震设计时应引起足够重视.     

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.     

车桥耦合系统的非线性动力响应分析

考虑桥面的不平整度和桥梁结构的几何非线性效应,根据达朗贝尔原理,建立了车桥耦合的动力学模型。利用模态分析的方法,得到了耦合系统关于广义坐标的非线性动力学方程。通过龙格-库塔法和Visual Fortran语言编程对方程进行求解,获得了梁桥在移动车辆系统作用下的动力响应曲线及冲击系数曲线,并计算了系统参数变化对桥梁结构非线性动力效应的影响。研究结果显示,桥的跨径、弯曲刚度、车辆速度和不平整度系数等参数发生变化时,非线性对桥梁动力特性的影响程度也将发生变化。     

桥台对连续梁桥纵向地震响应的影响

以一座带桩基础U形座式桥台的连续梁桥为背景,采用非线性时程方法,研究主梁、桥台和台后填土相互作用对桥梁结构纵向地震响应的影响,探索地震作用下容许桥台背墙进入弯曲屈服或背墙底剪断对桥梁支座位移、桥墩延性需求和桥台单桩弯矩地震响应的影响,并以桥台背墙的屈服弯矩、台梁之间间隙和墩高为参数进行参数分析.结果表明,与容许桥台背墙进入弯曲屈服相比,容许桥台背墙底部被剪断工况中的支座纵向位移、桥墩位移延性需求和桥台单桩弯矩明显减小;增大桥台背墙屈服弯矩可减小支座位移,桥墩位移延性需求随桥台背墙屈服弯矩增加呈现先逐渐增加再趋于稳定的趋势,桥台单桩弯矩呈现逐渐增加的趋势;减小伸缩缝间隙的大小可减小支座纵向位移,但可能会增大桥墩位移延性需求.     

基于可靠度的桥梁船撞作用荷载组合分项系数

对船撞偶然组合问题,现行的桥梁设计规范给出了相应的组合分项系数。为了分析现行规范给出的分项系数下桥梁结构可靠度指标水平,寻求荷载组合分项系数与桥梁结构可靠度指标之间的关系,需要对桥梁船撞偶然荷载组合进行深入研究。基于有限元-神经网络-Monte Carlo(FA-M)法和极限状态设计法,计算桥梁结构船撞偶然组合不同荷载分项系数下的可靠度指标。以练江1号桥主桥为依托工程,采用有限元软件建立全桥空间有限元动力模型,以荷载冲击谱模拟船撞桥墩的动力时程,塔克斯特拉准则作为荷载组合理论依据,确定船撞荷载与汽车荷载作用下结构的失效模式。提取船撞荷载与荷载效应样本、汽车荷载与荷载效应样本、船撞和汽车荷载组合与荷载效应样本,对这些样本进行BP神经网络训练,当训练结果满足精度要求时,对船撞荷载分项系数ψCV取1.0,汽车荷载分项系数ψLL分别取0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0,并采用Monte Carlo法计算各分项系数下桥梁结构的失效概率和可靠度指标,将不同分项系数下的可靠度指标与目标可靠度指标进行比较。研究结果表明:跨径在150m以内的连续刚构桥荷载组合分项系数ψCV、ψLL,建议其值为1.0、0.8;F-A-M法可以方便、快速地求解桥梁结构船撞偶然组合下的可靠度指标,建立可靠度指标β与船撞荷载分项系数ψCV、汽车荷载分项系数ψLL的影响面关系,并给出荷载分项系数建议值,为船撞偶然组合设计及桥梁船撞的风险评估提供依据。     

CFRP布材约束混凝土桥墩抗震性能的试验研究

通过对8个典型混凝土桥墩模型抗震性能的对比试验,探讨了CFRP布材约束混凝土桥墩的抗震性能,提出关于CFRP布材约束混凝土桥墩的有效约束系数的概念,并讨论了有效约束系数对桥墩滞回位移延性系数的影响.     

连续梁桥模态分析与试验

为了研究弹性基础上连续梁的振动特性，提出了连续梁桥墩的振型函数表达式。对室内连续梁桥模型进行静力试验和模态试验，并与有限元模型对比分析，研究了连续梁桥在纵桥向和横桥向的自振特性。结果表明：考虑上下部结构共同作用时，连续梁桥的低阶振动形式主要表现为桥墩的弯曲振动，试验测得的频率和由理论振型函数计算的结果误差不超过6％；说明该桥墩振型函数可以较好地应用于连续梁桥的动力计算中；这种方法可以为此类桥梁的动力和抗震分析提供参考。     

基于变分模态分解的相关能量熵自适应阈值去噪

为有效抑制噪声对地震数据的影响,根据地震信号的时频特性,提出了基于变分模态分解的相关能量熵阈值去噪方法。采用变分模态分解算法将地震信号分解为频率由高频到低频且具有一定带宽的模态分量,计算各模态分量与地震信号的规范化相关系数,实现对各模态分量中的有效信息和噪声的定位。将去除有效信息的各模态分量分成若干子区间,分别计算各子区间的噪声能量熵,选取能量熵最大区间的模态分量系数作为该分量的噪声方差获得该分量的阈值,再将经阈值处理后的各模态分量重构得到去噪信号。通过对合成地震模型和实际地震信号进行去噪处理,并与直接去除高频分量的变分模态分解去噪方法进行了对比,结果表明,该方法能在强噪声环境下更有效地提取地震信号中的有效成分,提高信噪比。     

高耸钢筋砼筒体-钢框架塔台结构的地震响应

以首都机场新塔台结构缩尺模拟地震振动台试验模型为研究对象，采用时程分析法分析高耸塔台结构各振型的地震响应，并对这种上下部由不同材料组成的复合结构(下部为钢筋砼筒体。上部为钢框架结构)的非经典振型阻尼比进行了探讨．研究结果表明，该结构地震位移响应可以不考虑高振型的影响，但应考虑高振型对地震响应内力的影响、该结构在地震作用下的运动方程可近似采用实模态强振解耦法．用现行规范方法求解地震响应时应对规范的地震影响系数进行修正，以消除计算误差．研究结果为提出这类复合结构体系抗震计算模型和设计理论提供了依据．     

大跨度拱桥模态降阶控制中的控制模态选择

在模态分析的基础上对大跨度拱桥进行模型降阶,以用于拱桥的减震控制设计。对大跨度拱桥模型降阶控制中控制模态的选择方法进行改进,提出按最大模态位移方法确定控制模态。该方法考虑外部激励的影响,克服了振型贡献率只考虑结构动力特性选取控制模态的缺点。以西藏尼木大桥作为算例,通过频域分析和时域分析来验证降阶模型的有效性。数值分析结果表明,对于要考虑多点地震激励的大跨度拱桥结构,采用最大模态位移的方法选择的控制模态更合理,从而得到的降阶系统也更符合原模型的性能。     

高耸机场塔台结构地震反应的高振型影响分析

以顶部带有2层钢框架的北京机场控制塔台的振动台试验模型为计算对象，采用基于振型叠加的结构地震响应时程分析法，计算了该高耸塔台模型在地震作用下各个振型的时程反应．计算中采用了Rayleigh阻尼，由于结构是钢一钢筋混凝土结构，振型阻尼比不易确定，在本次计算中振型阻尼比取振动台试验测出的第1阶和第2阶振型阻尼比．结果表明高振型对塔台结构的最大位移的影响不大，但高阶振型对塔台结构地震剪力的影响却不容忽视．将计算结果与试验值进行了对比分析，验证了所得结论的正确性．     

基于震害指数的预应力混凝土扁梁框架节点抗震性能评估

基于预应力混凝土扁梁框架节点拟静力实验研究结果,对国内外较常用评定结构抗震性能优劣的技术指标-粘滞阻尼系数、延性系数和震害指数进行了计算.根据计算结果,对3个评定指标进行比较和分析.首先分析了粘滞阻尼系数和延性系数的优缺点,随后介绍了震害指数在评定结构抗震性能的优越性,并在此基础上提出了震害指数研究的发展方向和建议.     

多联连续梁桥横桥向多模态推倒分析方法

研究多联连续梁桥横桥向的多模态推倒分析(MPA)方法,用于初步设计阶段的抗震性能评估,并进一步对比分析了Luca折线简化方法与FEMA 356中折线简化方法应用于多模态推倒分析方法中的效果.以某三联主线桥为研究对象,进行多模态推倒分析和非线性动力时程分析.结果表明:多模态推倒分析方法可以对多联连续梁桥的抗震性能做出有效评估,Luca折线简化方法与FEMA 356中的折线简化方法相比优越性不明显.     

土—桩—结构相互作用体系的振动台模型试验

通过土－桩－结构体系的振动台模型试验,探讨了土－结构相互作用对结构动力特性和结构地震反应的影响,试验结果表明,土－结构相互作用使结构体系的自振频率降低,使体系的阻尼大大增加,土－结构相互作用还使结构顶部的加速度反应和结构底部的应变反应减小。     

ModalPushover的改进方法及误差评估

在对Modal Pushover方法的原理及误差进行评价的基础上,结合与整体目标位移延性系数相对应的钢筋混凝土框架构件刚度折减系数的合理取值,提出了Modal Pushover的改进方法.为考察高阶振型参与程度的影响规律,以10层和16层钢筋混凝土平面框架为例,将框架在7条地震动波不同峰值加速度作用下的非线性地震反应统计结果作为对比基准点,研究Modal Pushover方法、改进Modal Pushover方法的分析结果随框架周期、地震动强度增加的误差变化规律.研究表明,Modal Pushover方法、改进Modal Pushover方法的误差并不随着框架周期加大而增加,表明该方法能合理地考虑高振型参与反应的影响;框架非线性程度加深后,改进Modal Pushover方法可在一定程度上降低MPA(Model Pushover Analysi)方法的误差.     

传统风格建筑钢-混凝土组合梁-柱节点动力循环荷载试验研究

通过采用快速动力加载方式,对2个传统风格建筑钢-混凝土组合梁-柱节点进行试验研究,获得了该类型节点的恢复力特征曲线、骨架曲线等抗震性能指标及加载全过程破坏特征。研究结果表明:采用钢-混凝土组合结构的传统风格建筑具有优良的抗震性能;相对比单梁-柱节点,双梁-柱节点的承载力刚度较高,滞回曲线更饱满,但其延性性能略低于单梁-柱节点;位于外围檐柱的双梁-柱构造形式具有与圈梁相类似的可加强结构整体性能的作用。研究结果可为传统风格建筑在实际工程中的应用提供有益的参考。