近场多脉冲地震作用下高墩桥梁地震响应分析

为了研究近断层地震的多脉冲效应对不规则高墩大跨桥梁非线性地震响应的影响,首先,采用眼观识别的方法选取了典型的多脉冲、单脉冲和非脉冲3组地震动;然后,采用小波变换识别方法和能量识别方法对其脉冲性进行识别,研究了脉冲地震动识别方法对多脉冲地震动的适用性;最后,以某大跨度高墩桥梁为例,基于OpenSees建立了其非线性有限元模型,对其进行了非线性地震响应分析,对比研究了近断层多脉冲地震动及单脉冲地震动对不规则高墩桥梁非线性地震响应的影响. 研究结果表明:现有的近断层脉冲识别方法只适用于速度时程中只含有一个主脉冲的地震动,对于多脉冲地震动,其失效的可能性非常大;近断层脉冲地震动对不规则高墩桥梁具有更强的破坏性,特别是在多脉冲地震作用下,1号、2号两个高墩的墩顶位移需求分别增加了118.9%和109.6%,墩底弯矩和墩底曲率也有明显的增大;近场多脉冲地震作用下主梁的碰撞次数增大了3～5倍,碰撞力也会增大2～3倍,主梁更容易发生严重的碰撞破坏,在抗震设计时应采取适当防撞措施.      

随机地震激励下高墩桥梁碰撞可靠度分析

为了研究不同地震动强度作用下高墩桥梁的碰撞可靠度的不同,在频域范围内提出了一种以虚拟激励法为基础的动力可靠度计算方法,依托某高墩大跨度桥梁为工程背景,分析了高墩桥梁在不同地震强度下的碰撞可靠度.选择反应谱的水平加速度作为地震强度衡量指标,且将不同强度指标的反应谱转化为相应的功率谱;利用虚拟激励法求解随机振动方程,得到结构响应的均值与均方差值,再基于Davenport理论获得结构峰值响应的期望和标准差;根据首次超越理论计算梁体碰撞可靠度.研究表明:地震动加速度小于0.22g时,梁体之间不发生碰撞,动力可靠度为1.0;加速度大于0.22g时,梁体碰撞动力可靠度下降明显,即在强震作用下,梁体发生碰撞.      

地震空间变化性对高墩铁路桥碰撞响应的影响

为了研究不同地震动参数对高墩铁路桥碰撞的影响,以一座典型高墩铁路桥为例,基于OpenSees平台采用弹塑性动力时程分析方法对其在一致激励及多点激励下的碰撞响应进行了理论分析.首先,采用Hertz-damp模型充分考虑了结构在碰撞过程中的能量耗散和刚度变化;其次,依据中国桥梁抗震规范并基于"谱兼容"的方法选取了符合不同场地条件的天然地震记录;最后,在此基础上完成了考虑行波效应和场地效应的高墩桥碰撞响应对比分析.研究结果表明:地震动的空间变化性不但会对桥梁结构的内力产生显著影响,还会增大结构的振幅或加剧相邻结构之间的不同步振动,从而显著增大碰撞发生的概率和碰撞力的大小,在桥梁的抗震设计中应考虑其对桥梁结构碰撞产生的影响,否则会错误的估计结构的响应;行波效应会改变地震动的相位角,对梁-梁处的碰撞影响更为显著,特别是视波速较小时,而场地效应会增大地震动的幅值,对梁-桥台处的碰撞影响更为显著,在进行防撞减撞设计时不但要考虑地震动的空间效应,还应充分考虑导致结构不同部位发生碰撞的主要因素,以便采取合适的减撞措施和设计方法.      

高墩曲线桥梁地震碰撞响应分析

在强烈地震作用下,巨大的碰撞力能导致支座破坏甚至落梁,目前,对于桥梁伸缩缝碰撞研究较少,尤其对于高墩曲线梁桥,其碰撞方向不确定,碰撞行为更复杂。文中讨论高墩曲线桥两联问的碰撞分析动力模型的建立方法,采用时程分析法,针对墩高、曲率半径、伸缩缝间隙、临梁周期比等参数对碰撞响应的影响规律进行分析,讨论产生碰撞的最不利情况。     

基于相位差谱的非平稳地震波合成及应用

为了模拟地震动的非平稳性和多维性并克服传统三角级数法在合成地震波中选择包络函数具有任意性和不能表征频率非平稳性的缺点,提出了基于相位差谱法的多维多点非平稳人工地震波合成. 首先,基于随机场理论模拟地震动的行波效应、相干效应、场地效应和多维性;其次,确定能表征地震动的强度非平稳和频率非平稳性的相位差谱;最后,将合成的非平稳地震波和当量反应谱应用到实际桥梁抗震分析中进行分析对比. 研究结果表明:相位差谱法合成多维多点非平稳地震动不需要包络函数控制地震波的波形,排除人工选择强度包络函数的任意性,且考虑了地震动的空间相关性和多维性,优于传统的三角级数法;本文方法与传统反应谱法计算结果基本一致,采用反应谱法计算的两处墩底的剪力值和弯矩值分别相差在10%和17%以内,本文方法分别在9%和12%以内.      

地震作用下超高墩刚构桥倒塌易损性分析

防止地震作用下结构倒塌是基于性能的地震工程的核心目标,目前基于弹塑性时程分析的倒塌易损性分析是结构抗倒塌能力评价最合理的方法。倒塌易损性分析的关键之一是建立合理的倒塌判别准则,文中提出了超高墩刚构桥地震倒塌破坏的判别准则。结合某工程实例,基于O penS-ees建立了结构的非线性分析模型,对其进行了非线性地震时程分析,在此基础上建立了结构的易损性曲线,并讨论了混凝土保护层剥落和钢筋锈蚀等结构劣化对倒塌易损性的影响。     

倾斜岩面场地的桥梁地震分析

对某一大跨度桥梁桥址处地质、地形等局部场地进行模拟及地震反应分析,得出桥梁各个支撑处的地震动参数,再对桥梁进行多点激励地震反应分析,并将结果与一致地震动作用下的桥梁地震响应对比分析。考虑局部场地效应的多点激励作用与一致激励作用下得出的桥梁地震响应有较大差异,并对倾斜岩面场地处的桥梁抗震设计提出一些建议。     

地震作用下高墩刚构桥最大悬臂状态抗倒塌性能研究

近年来越来越多的高墩桥梁应用于实际工程之中,评估其在地震作用下的抗倒塌能力具有重要意义。目前基于IDA的弹塑性时程分析是强震作用下结构倒塌研究最合理的方法之一。基于OpenSees平台的纤维单元建立了能考虑结构非线性特性的计算模型,并定量考虑了桥墩截面纵向钢筋受压屈曲对结构强度和刚度退化的影响,通过不同方向地震作用下IDA分析,探讨了高墩最大悬臂状态的抗倒塌能力。     

地震动入射角对空心薄壁高墩桥梁地震易损性的影响

为了充分评估空心薄壁高墩大跨桥梁结构的抗震性能, 以中国西部某四跨高墩刚构-连续组合体系桥梁作为研究对象, 基于三维地震易损性分析方法, 计入竖向地震动的影响, 结合现行桥梁抗震设计规范, 采用增量动力分析方法讨论了水平地震动入射角对桥梁构件地震易损性的影响; 依据一阶可靠度理论分析了地震动入射角对桥梁结构系统易损性的影响规律。研究结果表明: 2^#、3^#刚构桥墩的弯曲和剪切易损性云图与1^#、4^#悬臂墩的弯曲和剪切易损性云图差异明显, 桥墩弯曲和剪切的地震易损性不仅与地震动入射角有关, 还与桥墩结构形式有关; 支座在轻微损伤、中度损伤、重度损伤及完全损伤状态下的损伤概率分布相似, 地面峰值加速度为0.4g时, 最大损伤概率的地震动入射角为0°和180°, 当地面峰值加速度大于0.6g时, 轻微损伤和中度损伤的最不利入射角为0~180°, 支座变形的最不利地震动输入方向主要为纵桥向和横桥向。由此可见, 各关键构件的不同损伤指标下的损伤概率随地震强度、方向变化的规律各不相同; 不同损伤指标下系统及各构件的最不利地震动入射角及其区间数量和范围也各不相同; 仅讨论纵桥向或横桥向构件地震易损性不能合理评估桥梁结构的实际抗震需求, 采用三维地震易损性分析方法能准确定位最不利地震动入射角, 实现高墩大跨桥梁结构抗震性能的准确评估。     

斜拉桥桥塔纵桥向振动台试验研究

为了解强震作用下我国斜拉桥桥塔的抗震性能以及震害现象,通过调研确定典型斜拉桥原型,对其H型混凝土桥塔进行纵桥向振动台试验研究.基于斜拉桥的动力特点及振型分析方法进行桥塔模型的简化设计、制作和安装,输入不同类型及不同强度的地震波,对桥塔模型进行了振动台试验.结果表明:相比一般的Elcentro波和Chichi地震波,相同加速度峰值地震输入下,场地人工波激起桥塔的地震反应最剧烈,且随着地震动输入的不断加强,桥塔下塔柱、中塔柱靠近下横梁部位先后不同程度地出现了裂缝开展延伸现象,其中塔底向上30 cm区域内损伤较明显,存在多条贯通裂缝,塔底截面最外侧钢筋屈服,模型整体刚度有明显下降趋势,但桥塔抗震性能依然表现良好.     

随机地震动下粘滞阻尼减震结构振动台试验研究

为研究随机激励作用时粘滞阻尼器在结构中的实际减振效果,开展了随机地震动作用下粘滞阻尼减震结构振动台试验研究. 振动台试验中,采用基于物理随机地震动模型生成的地震动样本作为台面输入. 通过对有控和无控模型结构响应的均值、标准差以及概率密度函数等进行比较,系统分析了粘滞阻尼器的消能减震效果. 结果表明:有控模型结构层间位移响应显著减小,楼层剪力均方根值取得一定的减振效果,而大多数楼层绝对加速度响应出现不同程度增大;随机地震动作用下模型结构动力响应的变异性显著,且不同试验地震动样本输入时粘滞阻尼器取得的减振效果不同;粘滞阻尼器-钢支撑系统工作时能给被控结构提供一定的附加刚度和附加阻尼,使得结构动力特性产生变化,进而改变结构地震响应;有控模型结构底层位移响应的均值及标准差在地震动作用时段内均显著减小,且底层位移响应在各时刻的概率密度函数的分布宽度及其形态较无控时发生明显变化.      

近断层地震脉冲效应对大跨度桥梁地震响应的影响

历次震害表明,近断层地震的脉冲效应（滑冲fling step和前导方向性forward rupturedirectivity）使得大量土木工程结构产生灾难性的破坏。大跨度桥梁的动力特性决定了这两种不同的脉冲效应都将对其地震响应产生影响。通过选取具有典型脉冲效应的近断层地震记录,检查了三座不同类型的大跨度桥梁的地震响应,并探讨了脉冲效应的影响。结果表明：滑冲效应在长周期的大跨度桥梁关键部位产生数倍于一般地震的位移和内力响应,而加速度脉冲效应可能对位移响应并无太大影响,却对其内力响应具有与滑冲效应同等程度的影响;对于周期较短的拱桥结构,虽然滑冲效应对其部分长振动周期结构的位移响应具有较大的影响,但加速度脉冲对结构内力的影响更为显著。     

宏观力学计算方法在高墩桥梁设计中的应用

宏观力学计算方法在高墩桥梁设计中的应用是一个较为复杂的问题。仅就高墩桥梁中桥墩的计算模式加以宏观力学分析，愿此计算模式能够对现有桥梁的设计提供一种设计思路，同时鉴于桥梁设计的全面完整性，加入了部分新的设计理念。     

基于特征正交分解的空间变异地震动模拟

结合模态截断技术，导出了特征正交分解型谱表示法的随机模拟公式．给出了空间变异地震动的随机描述，并通过引入对地震动谱矩阵的预分解，导出了用于平稳空间变异地震动随机模拟的简化计算公式，避免了较耗时的对复矩阵求特征值的运算．简化公式同样可用快速傅立叶变换算法加速，较之原有模拟方法具有较高的计算效率．最后，模拟了龙潭河特大桥桥址处的空间变异地震动，说明了所推导的方法是正确的，同时形象地说明了地震动特征正交分解模态的物理意义．     

Evaluation of Dynamic Soil-Structure Interaction and Dynamic Seismic Soil Pressures Acting on It Subjected to Strong Earthquake Motions

Introduction A detailed reconnaissance survey was conduct-ed at the underground structures such as subwaystructures, mountain tunnels, multipurpose under-ground ducts and other underground structures,around the Hanshin District caused by the 1995Hyogoken-Nanbu Earthquake[1,2]. Among thesestructures, the Daikai Subway Station is the firstsubway structure that completely collapsed due tothe earthquake[3]. In order to clarify the dynamicbehaviors and the damage mechanism of the DaikaiSubway S…     

基于自适应匹配算法的速度脉冲型地震动模型化

速度脉冲型地震记录至今尚未有完整的波形参数识别方法,从地震动数据库中批量识别脉冲记录并搜集波形参数仍然有一定困难.针对此问题,将脉冲量化识别、脉冲解析函数、自适应匹配算法三者结合,提出一套脉冲波形参数识别方法,可实现脉冲波形和解析函数之间的自适应匹配;该方法包括一个借助EMD (empirical mode decomposition)的核心算法,对近场速度脉冲型地震记录实现平滑;再以Mavroeidis函数为脉冲基本模型,根据其特征参数的变化范围,分别对脉冲频率、脉冲形状系数、脉冲振荡特征系数进行了参数样本的循环枚举,并由优化算法确定模型参数取值;在此基础上,给出了当前既有的速度脉冲型记录样本的上述模型参数识别结果,并根据统计给出了地面峰值加速度分布和主脉冲周期的关系.研究结果表明:和既有的方法利用Dickinson模型识别方法相比,本文算法对波形显著不对称的记录主脉冲周期识别错误率降低了约67%,较好的识别稳定性更有利于工程应用.