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。     

熔断机制在摇摆桥墩连续刚构桥中的应用

研究目的:为了提高连续刚构桥的抗震能力,通过在桥墩墩底横桥向增加一对钢筋混凝土构件(称之为"保险丝"),提出一种具有熔断机制的摇摆桥墩连续刚构桥新型结构体系。研究结论:(1)通过对该结构体系与传统墩底固结结构体系在多遇地震、设计地震和罕遇地震作用下,结构地震需求、桥墩损伤情况的对比,发现该新型结构体系具有良好的抗震性能;(2)通过研究"保险丝"的混凝土破坏和钢筋滞回曲线的情况,说明在强震作用下"保险丝"发生破坏(称之为熔断),其耗能作用和熔断后桥墩摇摆都减少了输入到结构中的地震能量,起到了很好的减震效果,使得桥梁在多遇地震作用下几乎不发生损伤,在设计地震和罕遇地震作用下把损伤程度降到最低、损伤范围减到最小;(3)研究成果对提高强震作用下桥梁的抗震性能具有指导意义。     

近场地震作用下铁路减震桥梁地震响应研究

为分析近场地震作用下的铁路减震桥梁顺桥向地震响应特性,用远场地震叠加三角函数型速度脉冲的方法模拟近场地震波,根据结构的弹塑性地震响应计算结果研究速度脉冲的波形、出现位置、脉冲时间对结构地震破坏的影响。结果表明:近场地震作用下铁路减震桥梁的减震效果降低,且支座的地震位移显著增大;速度脉冲波形、脉冲波发生时刻以及脉冲持续时间对桥梁地震响应有较大的影响;结构地震响应的最大值与地震波的SI值有较强的相关性,但与PGV/PGA值的相关性不明显;考虑限位装置地震碰撞效应以后,虽然支座地震位移得到了控制,但带来墩底剪力显著增大的问题;缓冲措施可以减小因碰撞引起的墩底剪力。     

川藏铁路简支梁桥地震易损性及适应性分析

研究目的:震害表明,铁路桥梁作为交通系统中的枢纽结构在地震中极易受损。在建的川藏铁路穿越甘孜炉霍地震带和雅鲁藏布江地震带,地震设防烈度均在8度以上。本文以铁路桥梁中常见结构形式32 m跨简支梁桥为研究对象,采用汶川地震波,以位移延性比为破坏指标,对不同墩高的32 m跨简支梁桥进行易损性和适应性分析,为川藏铁路桥梁的抗震设计提供参考和依据。研究结论:(1)地震易损性分析结果表明:就川藏铁路桥梁墩高从3 m到40 m而言,25 m墩高的桥墩损伤概率最大,当地面峰值加速度为0.35g时,对应的轻微破坏概率为18%,说明桥墩抗震性能较好;(2)适应性分析结果表明:各种墩高的桥墩抗震性能相对较好,4种损伤状态中,轻微破坏和中等破坏的曲线较为接近,中等破坏和严重破坏的曲线离得较远,结构具有相对较好的延性能力;(3)本研究成果对于进一步完善西南山区铁路桥梁的抗震设计、震后紧急响应以及桥梁结构的评估等具有指导意义。     

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。     

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。     

高烈度区实体双薄壁矮墩连续刚构桥抗震设计

研究目的:以高烈度区实体双薄壁矮墩连续刚构桥为研究对象,以桥梁下部结构的整体抗震性能为分析重点,基于三水准设防目标,提出实体双薄壁矮墩连续刚构桥的延性抗震体系选择方法,系统探讨实体双薄壁矮墩的截面尺寸、纵筋配筋率与结构抗震性能的关系。研究结论:(1)对于高烈度区连续刚构桥实体双薄壁矮墩,应根据桥墩的剪跨比判断其破坏模式,并选择相应的延性抗震类别和设计方法;(2)在多遇地震激励下,主墩截面尺寸及配筋设计由纵桥向地震反应控制,随着墩壁厚度的增加,主墩控制截面纵桥向弯矩显著增大,且增幅显著大于横桥向激励的结果;(3)在横向罕遇地震激励下,因实体双薄壁矮墩横桥向的剪跨比较小,桥墩横桥向只能采用完全弹性或基本弹性结构,导致桥墩及桩基的配筋率显著增大,成为控制桥梁下部结构设计的主要因素;(4)纵向罕遇地震激励下,壁厚增大,主墩塑性转角需求减小,在壁厚与纵筋配筋率的三种组合条件下,主墩塑性铰区截面塑性转动能力均能达到"大震不倒"的抗震性能需求,且其变形能力安全储备基本相当;(5)该研究成果可为类似桥梁的抗震设计提供参考。     

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。     

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。     

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。     

隔震曲线桥地震响应影响因素分析

研究目的:由于近断层区域曲线桥的震害严重,为提高其抗震性能开始逐步采用隔震技术,因而有必要对近断层地震动作用下隔震曲线桥的地震响应进行影响因素分析,进一步优化近断层区域隔震曲线桥的设计。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,研究曲率半径、桥墩高度和地震动输入方向对隔震曲线桥地震响应的影响。研究结论:(1)圆心角大于30°时,曲率半径对隔震曲线桥的支座和边墩的受力性能影响较大;圆心角小于30°时,隔震曲线桥可按照直线桥进行设计;(2)由于采用隔震技术,桥墩高度对下部结构桥墩的受力性能影响较大,而对隔震支座和上部梁体的影响较小;(3)对隔震曲线桥中的桥墩进行设计时应考虑最不利的地震动输入方向,可沿桥墩平面的法向输入地震动对桥墩进行地震响应分析;(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。     

桥墩结构形式对大跨连续刚构桥抗震性能影响分析

以大准铁路增二线某大跨度连续刚构桥为工程背景,利用Midas/Civil建立有限元模型,比较单薄壁实心墩、独柱圆形实心墩、双薄壁实心墩三种桥墩对连续刚构桥抗震性能的影响。计算结果表明:单薄壁实心墩、独柱圆形实心墩、双薄壁实心墩对应结构自振频率依次增大,单薄壁实心墩与独柱圆形实心墩以桥面振动为主,而双薄壁实心墩以桥墩弯曲为主。同时,在横桥向地震波作用下,独柱圆形实心墩桥梁墩顶位移与中跨跨中位移峰值最小,双薄壁实心墩桥梁墩底剪力峰值最小;在纵桥向地震波作用下,双薄壁实心墩桥梁墩底剪力、墩顶位移与中跨跨中位移峰值最大,独柱圆形实心墩峰值最小。     

近场地震速度脉冲下的反应谱加速度敏感区

已有的地震记录表明,含有速度脉冲的近场地面运动往往会具有较大的PGV PGA比值,进而会在反应谱中产生较宽的加速度敏感区。所以含有速度脉冲的近场地面运动会显著地改变结构的响应特点,使结构产生较大的内力和位移,同时对结构的延性要求也会加大。对三条来自Chi chi地震的脉冲型近场地震记录和一条Imperialvalley地震的一般记录的响应特点作了简单分析,并应用ANSYS有限元计算程序,通过对四个桥墩模型的时程分析发现,桥墩在含有速度脉冲的近场地震激励下,会产生相对较大的墩底内力和墩顶位移。从三个方面加强了对近场地震的设防,较为合理地解决了近场地震的设防问题。     

无支座连续刚构桥地震易损性分析

无支座连续刚构桥是最近新发展起来的一种新型结构,已在广州、长沙、福州等城市的轨道交通结构中 得到大量应用,但目前对于无支座连续刚构桥的抗震性能研究较少。以典型无支座连续刚构桥为背景,首先应用 增量动力分析方法,揭示无支座连续刚构桥的地震损伤、破坏过程;在此基础上基于地震易损性分析方法,给出 无支座连续刚构桥桥墩典型地震易损性曲线,探讨无支座连续刚构桥地震损伤破坏风险。     

约束条件对山区高墩桥梁地震易损性的影响

以一座高墩大跨连续刚构桥为原型,利用OpenSEES平台建立桥梁结构的弹塑性动力分析模型,并基于"谱兼容"的方法从PEER数据库中选择20条地震记录,对比分析在不同约束条件下一致激励和多点激励对桥梁结构易损性的影响。结果表明:墩-梁固结可以对桥墩的过度变形产生限制作用,从而使得强震作用下桥墩具有更好的抗震性能;当约束条件为支座连接时,桥墩在强震作用下更容易发生严重损伤,应使用限位装置;当约束条件为墩-梁固结时,行波效应会对桥墩的易损性产生不利影响,使其发生各级别损伤的概率都增大。     

近断层高速铁路典型桥梁抗震优化设计研究

研究目的:西南山区某高铁穿过现今非常活跃的小江断裂带,设防烈度高达九度。高地震烈度和近断层脉冲效应对铁路桥梁的抗震设计和高速列车行车安全提出了更高的要求。基于此,本文通过分析近断层地震激励下典型高铁桥梁的弹塑性动力响应规律,开展桥梁减隔震装置和桥墩设计参数优化研究。研究结论:(1)桥墩在近场地震动作用下轴力变化较大,对桥墩的承载能力产生较大的影响,在抗震设计中应予以考虑;(2)采取本文提出的优化设计流程能够使得桥墩在整个墩高范围内纵桥向和横桥向具有相近的安全储备,并充分发挥混凝土和钢筋两种材料的性能;(3)采用摩擦摆支座+限位耗能杆的减隔震体系具有良好的减隔震效果,内力减震率可达20%以上;(4)若允许支座销钉在多遇地震时剪断,可使多遇地震下墩底内力进一步降低11%～45%,由此降低的梁体横向加速度和增大的位移响应对行车安全性影响应进一步结合车桥耦合振动分析确定;(5)本研究成果可为高铁典型桥梁抗震设计提供参考和依据。     

新疆伊犁河大桥主桥地震响应分析

研究目的:新疆伊犁河大桥是连接218国道和313省道的重点控制工程,主桥为(66+5×120+66)m双肢薄壁连续刚构桥,该桥被称为新疆第一大桥。桥址位于7度地震区内,目前对这类大跨度连续刚构桥的地震反应研究很少。为保证该桥的抗震安全,研究该桥的地震响应规律,为同类桥梁设计提供参考依据。研究结论:通过分析得出:(1)对于连续刚构桥而言,塑性铰的位置出现在刚构墩的墩顶及墩底,抗震设计时需要加强此处的设计;(2)该大桥在地震反应下,虽然出现塑性铰,但与破坏位移还有一定的距离;(3)该桥具有一定的延性能力,满足大震不倒的要求。     

近断层地震反应谱特性分析研究

为明确近断层地震反应谱的特征及其与抗震设计规范中标准反应谱的差异,以此指导近断层地区桥梁的抗震设计,通过统计分析与对比,开展近断层地震特性的研究,选取126条具有典型脉冲特征的近断层地震波,并按照断层类型分为3类,分别计算地震反应谱,并求得平均谱值。将结果与我国规范反应谱及39条ATC63远场地震波反应谱进行对比分析。研究结果表明:长周期范围(1.5~9 s)脉冲型地震波的反应谱明显高于我国现行规范的规定和ATC63远场地震波,最大可达3.7倍。我国规范规定的反应谱用于近断层结构设计时偏于不安全;在3类脉冲型地震波中,正逆断层的脉冲反应谱最大,近断层桥梁抗震分析应输入正逆断层脉冲型地震;对长周期结构抗震分析,应考虑近断层因素的影响。     

桥梁地震碰撞机理和抗震设计建议

地震时梁部碰撞直接导致梁体或桥台破损,严重时会出现落梁、支座破坏。利用Midas/civil软件,通过建立有限元模型,对简支梁、连续梁和连续刚构桥梁地震碰撞模拟分析,揭示了桥梁地震碰撞的机理以及简支梁、连续梁和连续刚构桥梁地震碰撞的特点:制约桥梁地震碰撞的最重要因素是墩身高度、墩底的基础刚度,其他因素则包括诸如梁体重量、梁体与桥墩之间的结合方式、以及制动墩的位置等。碰撞事件的发生主要取决于结构自身的振动特性,结构的振动特性总体控制了碰撞次数和碰撞强度。提出了碰撞缓冲液压装置等防止桥梁地震碰撞破坏的有关设计建议和方案。     

8度地震区矮墩大跨连续刚构桥受力分析与设计优化

以介休市一座大跨度连续刚构桥转体跨越铁路施工为研究对象,对该桥结构设计从基础尺寸、桥墩尺寸、梁部结构形式、施加顶力等方面进行了优化。优化后的矮墩连续刚构桥在8度地震下的受力更为合理,同时减轻了结构质量,降低了转体施工风险。