高速铁路桥梁方向脉冲型近断层地震反应分析EI北大核心

研究目的:近年来,近断层地震对桥梁响应的影响日益引起研究者的注意,现有铁路规范对近断层效应的考虑较少。为研究方向速度脉冲效应对高速铁路桥梁地震响应的影响,基于Pacific Earthquake Engineering Research Center(PEER),Next Generation Attenuation Relationships for Western US(NGA West)强震数据库,采用ANSYS分析软件、ANSYS-APDL语言和弯矩曲率关系计算程序,建立了高速铁路桥梁全桥模型,考虑了轨道不平顺的影响,计算了近/远断层地震作用下桥梁的弹塑性地震响应。研究结论:(1)相比于远断层地震以及非脉冲型地震,方向脉冲型近断层地震对短周期结构地震响应影响较大,会增加桥梁位移及内力响应,其滞回特性表现出荷载-变形曲线中间加强的特点,会增加桥梁的结构和非结构损伤;(2)由于近断层地震较大的竖向地震动会改变桥墩轴力,导致梁体竖向挠度比远断层地震增加较多,《铁路工程抗震设计规范》(GB 50111—2006)等规范规定竖向地震为横向的65%,会低估梁体竖向动力响应;(3)本文研究成果可以为高速铁路桥梁抗震设计提供参考,也为今后相关设计规范、标准的修订提供技术支持。     

近断层脉冲效应对高墩桥梁地震响应的影响

以一典型山区高墩桥梁为原型,利用ANSYS建立数值分析模型,采用能量识别的方法从台湾集集地震中选出脉冲和非脉冲地震记录各10条,对该算例桥梁进行了地震响应分析,对比分析了近断层脉冲效应对高墩桥梁地震响应的影响。研究结果表明:山区高墩桥梁墩高相差较大,主桥和引桥动力特性差异明显,地震作用下二者存在明显的不同步振动;由于近断层脉冲效应的影响,前场方向性效应产生的速度脉冲会对长周期段的反应谱产生明显的放大效应;近断层脉冲地震动将显著增大高墩桥梁的地震响应,相同的峰值加速度下最大改变率可达到21.0%。     

近断层地震动作用下隔震曲线桥地震反应分析

研究目的:近年来在多次地震中近断层区域曲线桥遭受到严重破坏,甚至倒塌;与此同时,为提高桥梁的抗震性能,隔震技术逐步应用于桥梁工程中,并表现出良好的隔震效果,因而有必要研究近断层地震动作用下隔震曲线桥梁的地震反应。本文对采用摩擦摆支座的隔震曲线桥进行近断层地震动作用下的地震反应分析,研究近断层地震动对隔震曲线桥地震反应的影响,以期为近断层区域隔震曲线桥梁的设计提供参考。研究结论:(1)近断层脉冲型地震动作用下摩擦摆支座的位移和剪力显著增大,易造成支座破坏,甚至产生落梁;(2)近断层脉冲型地震动作用下桥墩的内力和位移均显著增大,易造成桥墩破坏;(3)在进行隔震曲线桥设计时,应对支座采取限位措施,并提高桥墩的抗震能力;(4)本研究成果可为近断层区域隔震曲线桥的设计提供参考。     

近场地震动作用下山地隔震框架结构抗震性能

研究目的:近断层地震动具有明显的长周期高能量的速度脉冲,对隔震结构可能造成严重的破坏,我国大部分山地地区处于地震多发带,对于修筑其上的隔震建筑结构来说,对其抗震性能的研究显得尤为重要。本文通过筛选来自台湾集集地震的不同特性的近断层地震波,并对不同特性的近断层波进行频谱分析,引入多次透射边界以模拟场地的无限性,分别考察上盘效应、脉冲效应、向前方向效应以及滑冲切效应对山区多层接地基础隔震框架结构动力响应的影响。研究结论:(1)未调幅的上盘地震动作用下结构的地震响应大于下盘,调幅后却下盘大于上盘;(2)在含滑冲切效应脉冲、含向前方向性效应脉冲、无速度脉冲地震动作用下,结构的地震响应的大小关系为:含滑冲切效应脉冲含向前方向性效应脉冲无速度脉冲;(3)向前方向效应地震动断层法向分量作用下结构的响应明显大于断层平行分量地震动;(4)本文给出了近断层地震动特性对多层接地隔震框架结构地震反应影响的规律,对近震区山地隔震框架结构的设计具有一定参考意义。     

脉冲型地震作用下 RC框架结构抗震性能评估

通过选取脉冲型地震记录100条,拟合脉冲型加速度反应谱后与中美规范谱进行比较,利用拟合的反应谱转换成需求谱,对一10层RC框架结构进行基于Pushover分析的抗震性能评估,研究脉冲型地震动对RC框架结构抗震性能的影响。研究结果表明:通过对比拟合谱与中美规范谱,我国规范谱不考虑脉冲效应,在速度敏感区内取值偏小;UBC97规范谱通过增大加速度敏感区的宽度及增加位移敏感区的平台段来考虑脉冲效应,取值偏保守。8度多遇、罕遇地震时,拟合需求谱下结构基底剪力和最大层间位移角都远大于规范需求谱下结构基底剪力和最大层间位移角。8度罕遇地震时,规范需求谱下只有框架梁出现塑性铰,框架柱未出现塑性铰;拟合需求谱下底层框架柱柱脚出现塑性铰,局部框架梁塑性铰变形加大且塑性铰分布范围更广,表明脉冲型地震对结构提出更高的位移和能量耗散需求。     

川藏铁路大跨度钢桁拱桥近断层地震响应与减隔震措施

以川藏铁路近断层地震区某大跨度上承式钢桁拱桥设计方案为工程背景,采用反应谱法和时程分析法进行拱桥地震响应分析,并根据计算结果提出合理的减隔震措施建议。研究结果表明:拱桥结构首阶振型为拱梁横向对称弯曲,且反应谱法和时程分析法中横桥向响应均大于顺桥向响应,说明拱桥的横向为抗震的不利方向;由于近断层三向地震波的影响,桥梁结构弹性时程分析法的结构响应多大于相应地震水准下反应谱法的结构响应;未设置减隔震措施时,桥梁应力、内力及变形普遍不满足本桥的抗震设防要求;设置"摩擦摆支座+纵向阻尼器"减隔震措施后,桥梁自振周期有所增加,桥梁应力、内力及变形均明显减小,可满足川藏铁路桥梁更高设防目标的要求。     

铁路连续刚构桥近断层地震响应分析研究

研究目的:近断层地震动的加速度峰值(PGA)、速度脉冲等特征与远场地震有较大差异,对桥梁结构的破坏力更大。因此,为获得铁路连续刚构桥在近断层地震作用下的响应特点与破坏形式,以指导川藏铁路等近断层铁路桥梁的设计,本文以川藏铁路采用的典型连续刚构桥为对象,利用FRAME(3D)软件建立全桥有限元分析模型,开展铁路连续刚构桥近断层地震响应分析与破坏形式研究。研究结论:(1)有能量脉冲的、长周期成分丰富的近断层地震动对桥梁结构的破坏较远场地震更严重;(2)桥墩损伤程度与PGV/PGA的关系明显,其比值越大,破坏越严重,可将PGV/PGA作为判断地震动是否对结构产生严重破坏的重要指标;近断层地震动中,PGV/PGA0.2 s出现的比例高,桥墩损伤严重;(3)连续刚构桥在地震作用下的损伤主要集中在墩底、墩顶或系梁部位;(4)近断层桥梁结构抗震中,既要考虑断层地震脉冲式大功率输入的因素,又要考虑高强低周疲劳效应的累积损伤;(5)本研究成果可为近断层铁路连续刚构桥的设计建造与抗震设防提供技术支撑。     

铁路桥梁近断层地震响应与地震强度相关性

研究目的:以10组典型特征周期的铁路减隔震桥梁为研究对象,采用支座位置处延性位移作为地震响应参数(EDP),研究近断层地震作用下减隔震铁路桥梁地震响应参数与多种地震动强度指标IM的相关性。研究结论:(1)速度型IM指标最为适用于表征近断层减隔震桥梁非线性位移需求;(2)当结构初始特征周期与地震波高频能量集中区域频率及速度脉冲周期相近时,将导致EDP对IM值变化敏感,减隔震桥梁结构设计时应注意避开结构周期敏感区域;(3)本研究成果可为近断层铁路桥梁的减隔震设计提供技术支撑。     

九度地震区高铁简支梁减隔震体系适应性分析

研究目的:随着我国"十三五"铁路规划深入发展,西南山区将陆续修建多条高速铁路,然而西南山区地震带分布广泛、活动断层十分密集,许多铁路线不可避免地跨越或靠近地震断层,近断层地震带与其诱发的大地震灾害必将是影响高速铁路安全运营的主要因素,而传统的铁路桥梁减隔震措施难以满足近断层桥梁抗震要求。因此,本文针对9度地区典型铁路简支梁桥,提出多种减隔震措施,研究各种措施的本构模型,并采用数值模拟方法,开展近断层9度地震区典型铁路简支梁桥合理减隔震措施的对比分析研究。研究结论:(1)近断层强震作用下,采用球型钢支座、双曲面球型减隔震支座两种措施无法有效控制墩梁间的地震相对位移,且球型钢支座措施极易引起落梁震害,两种措施不适用于近断层桥梁抗震;(2)在近断层强震作用下,采用双曲面球型减隔震支座+减震卡榫的措施可有效降低桥墩内力和变形,减震卡榫能够很好地耗散地震能量,限制墩梁地震相对位移,该方案适用于近断层高速铁路桥梁抗震;(3)本研究成果可为近断层铁路简支梁桥的设计建造与抗震设防提供技术支撑。     

地震动脉冲参数对近断层区深水桥墩动力响应的影响分析

本文采用基于流固耦合理论的势流体计算方法,以某典型铁路深水桥梁为研究对象建立墩-水作用模型,引入人工合成近断层等效速度脉冲方法,量化分析并提炼脉冲参数对深水桥墩动水压力及结构地震响应的影响规律。研究表明:脉冲效应有可能使结构动力响应成倍增大,脉冲峰值Vp、脉冲周期Tp和脉冲类型等3类脉冲参数对深水桥墩动力响应均存在明显影响。随着脉冲峰值Vp的增大,不同水深下桥墩结构的动力响应均增大;当脉冲周期Tp接近桥墩结构自振周期时,其动力响应被明显放大;对于本文算例,C类脉冲的影响最明显,B类次之,A类最小。结合反应谱分析可知,不同脉冲参数的影响方式和幅度有所差别,一定程度上可以根据脉冲波反应谱的频谱强度及周期分布特征解释。进行近断层区深水桥梁抗震设计时,应对比检验不同类型脉冲参数的潜在影响,确保桥梁地震安全。     

基于强度折减系数谱的规则桥梁弹塑性地震反应分析方法

选用43次地震中获得的350条地震波,进行单自由度(SDOF)系统的非线性时程分析。运用统计回归方法,得到4类场地上SDOF系统强度折减系数与弹性周期和位移延性比的关系谱。将规则桥梁等效为SDOF系统,提出利用弹性反应谱和强度折减系数谱计算规则桥梁最大弹塑性地震反应的简化方法。等效SDOF系统的恢复力关系通过桥墩塑性铰截面的弯矩-曲率分析确定,并考虑了桥墩基础弹性变形的影响。运用给出的简化方法和非线性时程分析,对32 m铁路简支梁桥在罕遇地震下自振周期及墩顶最大位移进行计算,验证了该方法的有效性。该方法既可用于桥梁结构的抗震设计,也可用于抗震评估分析。     

九度地震区近断层高速铁路简支梁桥减隔震支座系统研究

通过对渝昆(重庆—昆明)高速铁路九度地震区近断层地震动人工地震波进行反应谱分析,发现近断层地震动比远场地震动对高速铁路简支梁桥结构安全威胁更大,提出采用双曲面球型减隔震支座+剪力榫组合的减隔震支座系统进行抗震设计,并对其减震原理予以阐述。以近断层人工地震波为地震动输入,分别对10 m高实心墩和20 m高空心墩的五跨简支梁进行非线性时程分析。以普通支座作为参照,对比分析双曲面球型减隔震支座和双曲面球型减隔震支座+剪力榫组合的减隔震支座系统的减震性能。结果表明,九度地震区近断层高速铁路简支梁桥须采用减隔震支座系统才能满足结构抗震设计要求。     

近断层高烈度地震区铁路简支梁桥减隔震方案研究

近断层地震往往给工程结构造成较大的破坏，现行《铁路工程抗震设计规范》对近断层、减隔震问题尚未考虑。以某近断层高烈度地震区铁路简支梁桥为研究对象，梳理了国内外相关规范对近断层桥梁抗震的要求，提出相应的减隔震设计原则、设防标准。采用MIDAS软件建立桥梁有限元模型，运用非线性时程分析方法，考虑近场地震特性，进行了基于双曲面球形减隔震、黏滞阻尼器减震以及新型回形钢阻尼减隔震支座的减隔震效果研究。研究结果表明，传统的铁路桥梁减隔震措施难以满足近断层桥梁抗震要求，回形钢阻尼减隔震支座具有位移大、阻尼力可调、养护维修少、安装方便等特点，对近断层高烈度地震区简支梁的减隔震设计适应性好。     

抗震设计反应谱统一计算方法及谱兼容地震波

国内外各类抗震设计规范对设计反应谱给出了不同的计算方法,对各类反应谱不同的计算方法进行对比分析;利用世界范围内大地震时获得的数字强震仪记录,计算相应的加速度反应谱;结合结构动力学理论分析及统计分析方法,提出抗震设计反应谱统一计算公式。实际强震地震波具有高度的非平稳性,人工地震加速度时程不能直接反映实际地震加速度时程的非平稳性。为了得到与实际地震波类似的高度非平稳性且与设计反应谱兼容的地震加速度时程,以一组强震地震波为母波,得到与设计反应谱兼容的人工地震加速度时程。通过对人工地震加速度时程与实际地震波比较,发现其继承了实际地震波的非平稳性;同时人工地震加速度时程反应谱与目标设计谱具有较好的一致性。     

考虑近断层强震影响的铁路站房结构地震易损性分析

由于铁路选线限制，部分铁路站房修建在高烈度区，且靠近地震断层。为保障铁路站房结构的抗震安全，以某站房结构为研究对象，分析考虑近断层强震影响的站房结构地震易损性。首先，分别采用近断层抗震设计谱和规范抗震设计谱对铁路站房结构进行抗震设计，建立相应的站房结构数值模型，并对模型进行验证；然后，选取24组近断层脉冲型地震动，分析铁路站房的地震响应，并分别定义站房结构中混凝土框架、钢屋架和砌体填充墙的损伤指标；最后，对2种设计谱设计的铁路站房局部及整体地震易损性进行评估。结果表明：在8度罕遇地震作用下，考虑近断层强震影响的站房结构相较于不考虑的，其混凝土框架和砌体填充墙出现毁坏的超越概率分别下降58.26%和19.82%，整体结构出现毁坏的超越概率上下界分别下降17.27%和19.83%；考虑近断层强震影响的抗震设计能够降低站房结构发生损伤的概率，提高其抗震性能；考虑近断层强震影响的站房结构损伤概率由大到小依次为砌体填充墙、混凝土框架、钢屋架。基于此，地震断层附近的铁路站房结构抗震设计应考虑近断层强震的影响，并加强砌体填充墙的抗震构造措施。     

连续刚构桥梁的延性地震响应分析与应用

首先对桥梁延性抗震的理论和非线性时程分析方法做了简介,然后结合工程实例对某连续刚构桥梁进行延性地震响应分析.计算桥梁在四条地震波激励下的地震响应,评估了罕遇地震下桥梁的延性能力.同时按照规范对钢筋混凝土桥墩进行延性设计,提出桥梁抗震构造措施.     

基于能量法的铅芯橡胶支座隔震桥梁设计方法

依据能量平衡原理,建立隔震桥梁系统能量反应方程,将桥墩与铅芯橡胶支座串联,构建隔震桥梁能量反应的双线性分析模型.结合现行<铁路工程抗震规范>,合理选取40条强震记录作为地震输入,对不同周期的隔震桥梁系统进行非线性地震能量反应时程分析.结合铅芯橡胶支座本身的动力特性,给出具有统计意义的适用于Ⅰ类场地的桥梁隔震设计地震输入总能量谱.提出以地震输入隔震桥梁系统的能量达到铅芯橡胶支座的极限耗能作为破坏准则、由地震输入总能量谱得到地震输入能量、隔震度作为隔震目标、隔震支座位移延性比作为限制条件的减隔震桥梁设计方法.     

断层永久位移预测及断层悬索桥地震响应研究

断层错动诱导的地表破裂永久位移对跨断层桥梁结构会造成严重破坏,准确预测断层错位的永久位移对跨断层桥梁结构抗震性能评估具有重要意义。首先结合反向传播神经网络(BPNN)提出具有较高精度的断层错位量预测模型,然后通过低频成分叠加高频成分方法人工合成断层面两侧地震动(简称跨断层地震动),最后以某主跨为538 m的跨断层大跨钢桁架悬索桥为研究对象,利用有限元软件ABAQUS建立考虑桩-土相互作用(m法)的全桥计算模型,探究断层位置和跨越角度对悬索桥地震响应的影响。结果表明：基于BPNN提出的方法能精确预测断层位错永久位移,对比已有的回归公式具有更高的精度,为人工合成跨断层地震动的准确性提供了保障;断层相对位置会显著影响桥梁结构的地震响应,与近断层地震动作用相比,在跨断层地震动作用下,悬索桥的塔底剪力、弯矩、相对位移以及扭矩响应增加了22.79%、154.1%、139.36%和265.48%;断层跨越角度对悬索桥动力响应影响明显,其响应均以跨越角度θ=90°呈规律对称分布,塔顶纵向位移、塔底纵向弯矩、塔底纵向剪力以及塔底扭矩最大值均出现在θ=90°,分别为0.81 m、282.45 MN·m、3...     

粉房湾长江大桥抗震分析

采用有限元软件对粉房湾长江大桥进行抗震分析,建立结构力学模型。在动力特性分析基础上,计算采用反应谱分析法和时程分析法,并按多遇地震和罕遇地震进行抗震分析。阐述反应谱曲线和地震波的选取,通过分析计算结果,得出评估桥梁抗震性能时,以时程分析法结果为准等结论。     

对《铁路工程抗震设计规范》的补充建议

以《铁路工程抗震设计规范》（ＧＢＪ１１１－ ８７）规定的三类场地划分为出发点，提出了１２ 条适合于对结构进行动力反应分析的实际地震波。编制了生成拟合标准反应谱和进行结构动力反应分析的两种人工地震波的计算机程序，总结了地震波的选用原则，提出了选用地震波时的建议和注意点。从一典型的铁路桥墩地震时程反应分析表明，本文提出的方法是可行的，计算结果是可靠的