强震下斜交桥地震反应与减隔震性能分析

针对斜交桥在破坏性地震中发生破坏和损伤的突出问题,采用铅芯橡胶支座(LRB)进行隔震和滞回耗能。基于OpenSees平台建立了不同斜度的传统非隔震和全桥采用LRB隔震的4跨斜交连续梁桥动力分析模型,沿2个水平方向输入远场地震动和具有向前方向性效应、滑冲效应以及无速度脉冲效应的近断层地震动,并进行非线性时程计算,研究桥墩和挡块的损伤状态、主梁旋转度、碰撞力与斜交桥斜度的关系以及LRB对斜交桥抗震性能的影响。结果表明:向前方向性效应和滑冲效应的脉冲型地震动作用下的斜交桥地震反应和损伤明显大于无速度脉冲近断层和远场地震动作用; 采用LRB隔震后,明显降低了固定墩的地震损伤,桥墩位移减震率可达到50%以上; LRB隔震桥主梁与挡块的间隙宜结合桥梁的地震风险和设计位移进行确定。     

整体式斜交桥抗震性能分析

相比正交桥,斜交桥在地震作用下其上部结构更易发生平面内大位移甚至落梁,而将主梁与桥台浇筑形成一个整体,成为整体式斜交桥有望有效减轻斜交桥震害,但在桥梁抗震分析与设计时需考虑桥台-土及桥台桩-土的动力相互作用。为深入掌握整体式斜交桥的动力特性及地震响应特点,以美国东蒙彼利埃桥为原型,采用SAP2000分析软件建立了不同斜交角度及台后土密实度的全桥三维有限元模型,利用模态分析及非线性时程分析对整体式斜交桥展开研究。结果表明:整体式斜交桥在地震作用下纵横向耦连明显,且存在明显的扭转效应。随着斜交角度的增加,台后土对于桥梁的纵桥向位移抑制作用逐渐减小,纵桥向抗侧刚度降低,桥梁纵横向耦连程度加强;随着斜交角度的增加,桥台钝角与锐角处最大土压力的比值增大,当斜交角为45°时可达2倍左右;随着台后土密实度的增加,桥台-桩节点处的桩顶弯矩降低,但随着斜交角度的增加,台后土密实度的影响趋于不明显。     

斜交连续刚构桥桥墩地震易损性分析

以美国西部地区某斜交公路连续刚构桥为研究对象，研究其不等高墩易损性差异以及斜交角的改变对桥墩地震易损性的影响。考虑桥梁结构参数和地震动的不确定性，选取100条地震动，沿纵桥向输入，生成"结构-地震动"样本库，以地震动峰值加速度（PGA）为强度指标（IM），利用OpenSees软件对结构进行非线性时程分析得到桥墩动力响应，而后以桥墩曲率延性比衡量桥梁破坏状态，在确定桥墩损伤指标的基础上，采用可靠度理论得到各桥墩的地震易损性曲线，判断桥墩的损伤模式、损伤特点。在此基础上，改变桥梁斜交角度进行易损性分析，得到斜交角变化对桥墩地震易损性的影响。研究表明：该桥最矮墩发生损伤的概率大于其他桥墩，桥墩最先进入塑性的是墩顶和墩底区域；不同斜交角对桥墩的地震响应影响显著，各墩损伤破坏排序与斜交桥结构构造特点有关，同一排架墩的两侧墩柱易损性呈现与角度变化趋势相反的排列，损伤越严重，趋势越明显；对于此不等高的斜交刚构桥，最矮墩为其抗震薄弱环节，斜交角越大，越应该关注钝角处矮墩的损伤情况，并提高其设计标准，在进行斜交刚构桥抗震设计中应予以重视。     

无缝桥抗震性能的对比研究

本文以一座三跨总长60 m的整体桥为案例桥,分别试设计了同跨径的半整体桥、延伸桥面板桥和常规连续梁桥。通过Midas/Civil软件建立四种桥型的有限元模型,并对其进行了E1和E2反应谱分析和时程分析,对比了四种桥型的结构反应峰值（墩顶位移、桥墩及桩基剪力与弯矩、台底位移、桥台桩基剪力与弯矩）。计算结果表明:当桥梁存在15°的斜交角,整体桥、半整体桥在地震动沿平行于桥台长边方向及其垂直方向输入时更不利,而延伸桥面板桥和常规连续梁桥在地震动沿顺桥向和横桥向输入时更不利。四种桥型在地震作用下:整体桥抗震性能最优异,但其台底位移、桥台桩基的剪力和弯矩最大;半整体桥台底位移、桥台桩基的剪力和弯矩最小,其墩顶位移、桥墩及桩基的剪力和弯矩仅比整体桥大;延伸桥面板桥和常规连续梁桥的墩-梁相对位移远大于整体桥和半整体桥,不适用于地震基本烈度高的区域。     

考虑双向碰撞效应的连续斜交桥地震响应研究

为研究双向碰撞效应对连续斜交桥地震响应的影响,采用Kelvin-Voigt模型模拟桥台伸缩缝处的纵向碰撞现象,采用简化滞回模型模拟挡块与主梁的横向碰撞过程,针对某三跨连续斜交桥进行参数对比研究。研究表明,双向碰撞对主梁横向位移的影响远比纵向位移大,其中桥台间隙对主梁平面转角的影响最大,且平面转角随桥台间隙的增大而减小;横向碰撞对墩柱曲率变形的影响远比纵向碰撞大,其中挡块强度的影响特别大,当挡块强度由0%增至50%时,墩柱纵、横向曲率均值分别增大13.43倍、7.21倍。随着斜交角的增大,梁端纵向位移不断增大,横向位移和平面转角则先增后减;墩底纵向曲率不断增大,横向曲率经历先增后减\,再增的过程;纵向碰撞效应先减弱后增强,而横向碰撞效应则先增强后减弱。由于横向碰撞对墩柱的影响远大于纵向碰撞,因此在斜交角为15°～45°时,宜设法降低横向碰撞效应。     

采用板式橡胶支座的连续斜梁桥横向抗震行为研究

为了提高采用板式橡胶支座的斜梁桥横向抗震能力,揭示其在不同设计参数下的横向抗震行为,考虑板式橡胶支座的滑移、钢筋混凝土挡块的滞回力学性能、桥台-背土效应等非线性因素,采用OpenSEES建立某连续斜梁桥的三维分析模型,提出支座位移评价指标、主梁平面转角指标、墩柱曲率延性指标和抗剪指标,研究不同挡块强度和间隙组合下桥梁的横向抗震性能。研究表明:同时增大挡块强度和间隙,总体上会降低支座的横向变形,但会增加其纵向变形;挡块强度越高,主梁的横向位移有所下降,但平面转角越大,对两侧桥台处的支座抗剪越不利;挡块强度越高,间隙越小,墩柱越有可能进入弹塑性状态。在本文桥例中,当挡块强度取40%支反力,间隙取0.08m时,所有抗震指标都可满足规范要求。     

结构参数对高低墩刚构连续梁桥体系地震响应的影响

地震作用下,相邻主梁间的碰撞会改变桥台-引桥-刚构连续梁桥结构体系的动力响应。为了探究主桥结构形式、墩高、引桥跨数和伸缩缝间距等结构参数对伸缩缝处碰撞效应和桥梁结构地震响应的影响,以某实际桥梁为背景,考虑碰撞能量耗散、桩土相互作用、桥台与台后填土相互作用以及支座和桥墩的非线性行为,采用CSIBridge建立桥台-引桥-刚构连续梁桥结构体系的有限元模型进行碰撞弹塑性动力分析。研究结果表明：不同主桥结构形式的主桥墩受力区别较大,相邻主桥墩高差较大时,选择连续梁桥结构体系更加合理。墩高增加使主引桥间动力差异增大,碰撞效应更加显著,仅对刚构墩受力影响较大。引桥跨数增多和伸缩缝间距增大分别使伸缩缝处碰撞效应增大和减小,碰撞抑制作用的增强和减弱也使得刚构墩内力和变形分别减小和增大,但对于其他桥墩基本无影响。     

高速铁路大跨连续梁桥地震反应分析及抗震校核

针对高速铁路大跨连续梁桥的结构特点,结合三水准的抗震设防目标,给出了各水准下桥梁的抗震验算指标.采用反应谱法及弹塑性时程反应分析法对一实桥进行了地震反应分析及抗震性能评价.结果表明固定墩控制该桥的抗震设计.在多遇地震作用下固定墩处于弹性状态;在罕遇地震作用下固定墩纵向进入塑性,但位移延性系数小于规范容许值,结构具有较高的延性储备.该桥的抗震能力满足三水准抗震设防目标.     

桥台-填土-结构相互作用对RC连续梁桥抗震性能的影响分析

为研究桥台-填土-结构相互作用(ASSI)对RC连续梁桥梁抗震性能的影响,分别探讨了台后填土、桩基和桥台处碰撞等在桥台数值模型中的作用以及相应的建模方法。以某5跨RC连续梁桥为例,基于Open Sees平台建立了非线性动力分析模型。考虑被动土压力和主动抵抗力对桥台的影响,建立了两种桥台力-位移非线性模型,分析了不同桥台模型对桥梁动力响应的影响。最后考虑了不同的台后填土类型,分析其对桥梁结构地震需求的影响。分析结果表明,考虑桥台-填土-结构体系会显著降低强震作用下桥梁各构件的地震需求;在同一地震波激励下,不同台后填土类型的计算结果相差十分明显。建议在以后桥梁的抗震设计中,有必要准确勘探桥台背后填土的性质,并考虑桥台-填土-结构相互作用对桥梁抗震性能的影响。     

地震动相干效应对高墩大跨铁路桥梁的动力响应影响

地震动相干效应会导致桥梁结构的动力响应有别于一致激励。为了研究相干效应对高墩大跨桥梁这种重要构筑物动力响应的影响,以西部某高墩大跨连续刚构铁路桥实际工程为研究对象,利用相位差谱人工地震波合成技术,建立了考虑相干效应的高墩大跨桥梁数值分析模型。对比分析了纵向和横向地震激励下,部分相干效应对结构动力响应的影响,并与一致激励的情况进行了对比,研究了不同工况下主梁和桥墩内力响应的变化规律。结果表明:纵向激励下,部分相干效应对连续刚构桥高墩影响明显,其弯矩、剪力和相对位移均为最大值,墩高对其非常敏感,且会增大该桥伸缩缝位移响应;横向激励下,部分相干效应对连续梁桥体系的桥墩剪力、弯矩和位移响应有明显放大作用。     

板式橡胶支座对斜交连续梁桥地震反应的影响

为充分了解板式橡胶支座对斜交连续梁桥地震反应的影响,利用OpenSees软件建立简化的斜交桥计算模型进行时程分析,研究板式橡胶支座摩擦滑移效应,以及支座动摩擦系数、剪切刚度、局部脱空等参数对斜交桥地震反应的影响。结果表明:板式橡胶支座考虑摩擦滑移后,不仅桥面位移和转角显著增大,而且出现残余位移和残余转角;随着支座剪切刚度的增大,桥面位移和转角均明显减小;随着桥墩处支座动摩擦系数的增大,桥面位移、转角均呈增长趋势,然而桥台处支座动摩擦系数的影响与之相反;桥墩处局部支座脱空对斜交桥的影响明显大于桥台支座。     

整体式桥梁动力特性及抗震性能研究

为深入了解整体式桥梁的动力特性和抗震性能,建立台-土有限元模型,并提出合理的台-土相互作用数学模型,然后利用Midas Civil整体模型研究台-土相互作用、桩-土相互作用、桥墩构造等因素对整体式桥梁抗震性能的影响。结果表明：与简支梁相比,同等跨度下整体式桥梁的纵向刚度明显提高,但横向刚度差距不大;台后土的约束刚度大小对桥梁的静动力特性不产生明显影响,整体式桥梁根据我国现有规范计算台后地震力相对保守;改变桩-土约束刚度对整体式桥梁的抗震性能影响不大;提高桥墩的横向刚度,将独柱墩改为双柱墩能大幅提高结构抗震性能。研究结论及台后土压力系数的计算方式,可供整体式桥梁抗震计算提供参考。     

温度对铅芯橡胶支座隔震桥梁抗震性能的影响分析

为了研究温度对铅芯橡胶支座（LRB）隔震桥梁抗震性能的影响,以一座七跨连续梁桥为对象,考虑LRB在夏季和冬季不同温度下的力学特性,利用OpenSees对桥梁抗震性能进行研究。通过对不同温度下墩柱、支座及桥梁系统的地震易损性分析,获得了温度对铅芯橡胶支座隔震桥梁抗震性能的影响。结果表明:（1）与夏季相比,冬季低温降低了桥墩的延性及LRB的剪切变形和耗能能力,使地震作用时墩顶位移和支座变形均小于夏季,降低了LRB的减震效果;（2）冬季低温增大了地震作用时桥墩、LRB及桥梁系统在各个破坏状态的损伤概率,在中等及严重破坏状态时损伤概率相比夏季分别增加了8%和15%。在寒冷地区进行LRB隔震桥梁设计时,应考虑低温导致的LRB隔震效果降低对桥梁抗震性能的影响。     

Seismic response of skewed RC box-girder bridges

It is critical to ensure the functionality of highway bridges after earthquakes to provide access to important facilities. Since the 1971 San Fernando earthquake, there has been a better understanding of the seismic performance of bridges. Nonetheless, there are no detailed guidelines addressing the performance of skewed highway bridges. Several parameters affect the response of skewed highway bridges under both service and seismic loads which makes their behavior complex. Therefore, there is a need for more research to study the effect of skew angle and other related factors on the performance of highway bridges. This paper examines the seismic performance of a three-span continuous concrete box girder bridge with skew angles from 0 to 60 degrees, analytically. Finite element （FE） and simplified beam-stick （BS） models of the bridge were developed using SAP2000. Different types of analysis were considered on both models such as： nonlinear static pushover, and linear and nonlinear time history analyses. A comparison was conducted between FE and BS, different skew angles, abutment support conditions, and time history and pushover analysis. It is shown that the BS model has the capability to capture the coupling due to skew and the significant modes for moderate skew angles. Boundary conditions and pushover load profile are determined to have a major effect on pushover analysis. Pushover analysis may be used to predict the maximum deformation and hinge formation adequately.     

地震作用下曲线梁桥结构响应及敏感性分析

为研究不同设计参数对曲线梁桥地震响应的影响以指导结构抗震设计,对不同支承约束曲线梁桥地震响应及地震需求敏感性进行分析。采用增量动力分析（IDA）方法对比分析了不同支承约束曲线梁桥的结构地震响应变化趋势;采用Tornado图形法对不同结构参数影响程度进行了排序,找出了对结构地震需求影响显著的参数。结果表明:采用板式橡胶支座桥梁因支座易发生滑移而导致上部结构位移较大,但降低了下部结构响应,设置固定墩后,下部结构损伤显著增加;对于采用板式橡胶支座和铅芯橡胶支座的曲线梁桥,墩高及跨径对墩底曲率需求影响较大,而对于固定墩为墩梁固结形式和采用盆式橡胶支座的曲线梁桥,跨径及跨数对墩底曲率需求影响较大;对于采用不同支承约束的曲线梁桥,墩高和曲率半径对桥台位移需求影响较大,仅次于地震动参数PGA。