基于增量动力分析和纤维模型的矮塔斜拉桥结构抗震性能研究

基于OpenSees软件及其纤维模型的有限元方法,建立了典型矮塔斜拉桥的非线性数值分析模型,分析各构件的抗震性能指标。采用动力增量分析法（即IDA方法）,对结构进行了非线性动力时程分析,分别探讨了在纵桥向和横桥向地震作用下矮塔斜拉桥结构的构件破坏规律。分析了在不同加速度峰值情况下,矮塔斜拉桥主塔和边墩沿高度变化的应变包络图、主梁内力包络图及支座位移包络图。结果表明：与一般斜拉桥性能要求不同,矮塔斜拉桥的主塔可以发生损伤,塔底和边墩墩底为主要控制截面,支座在纵桥向地震组合作用下较易发生破坏,拉索和主梁是不易损伤的构件,主梁内力包络图的分布情况随着地震峰值的增加发生变化。     

大跨度混凝土梁斜拉桥横向地震作用易损性分析

以某大跨斜拉桥为例,利用SAP2000建立有限元模型,基于结构性能目标,探讨桥梁构件损伤标定方法,并采用IDA的倒塌易损性分析方法,对该斜拉桥进行横向的地震易损性分析,最后采用能力需求比模型法拟合出主塔的易损性曲线。研究结果表明,在横向地震作用下,索塔墩顶截面、上塔柱底部成为易损截面的概率增大,连接主梁的中塔柱底部截面出现完全破坏的概率增大。     

近场地震下钢框架结构地震易损性分析

为阐明近场地震速度脉冲效应对周期较长的钢框架抗震性能的影响规律,采用增量动力分析（IDA）方法,对符合我国现行设计规范的三个不同设防水平的钢框架结构进行了地震易损性分析,并对比分析了其在近、远场地震下的地震易损性差异。结果表明：近场地震作用的速度脉冲效应将放大钢框架结构的动力响应,并增大其概率地震需求模型的不确定性;相同地震强度下,近场地震作用的速度脉冲效应将增大钢框架结构的损伤破坏概率,且周期较长的低设防水平钢框架结构在近场地震作用下更易损伤破坏;鉴于近场地震对钢框架结构地震易损性的显著影响,建议评估钢框架结构的震害风险时,应针对近场和远场地震作用分别建立易损性模型。     

近场地震下钢框架结构地震易损性分析

为阐明近场地震速度脉冲效应对周期较长的钢框架抗震性能的影响规律,采用增量动力分析（IDA）方法,对符合我国现行设计规范的三个不同设防水平的钢框架结构进行了地震易损性分析,并对比分析了其在近、远场地震下的地震易损性差异。结果表明：近场地震作用的速度脉冲效应将放大钢框架结构的动力响应,并增大其概率地震需求模型的不确定性;相同地震强度下,近场地震作用的速度脉冲效应将增大钢框架结构的损伤破坏概率,且周期较长的低设防水平钢框架结构在近场地震作用下更易损伤破坏;鉴于近场地震对钢框架结构地震易损性的显著影响,建议评估钢框架结构的震害风险时,应针对近场和远场地震作用分别建立易损性模型。     

横桥向地面运动作用下独塔部分斜拉桥易损性分析

桥梁作为交通生命线系统中的重要工程,屡次在中等强度地震的作用下,遭受严重破坏甚至整体损毁,因此桥梁结构地震易损性研究在世界各国得到重视和发展。部分斜拉桥作为一种新桥型,由于兼有经济性和美学特性,近十年来在国内外发展迅速,但这种新桥型尚未经受地震的考验,在可能的地震灾害下,部分斜拉桥的地震破坏损伤概率还不明确,有必要开展有关的易损性研究。本文在桥梁地震易损性研究的基础上,分析在横桥向地面运动作用下独塔部分斜拉桥的易损性,定义五级损伤极限状态,建立桥墩、桥塔、限位器和全桥的易损性曲线,研究结果表明在横桥向地面运动作用下,独塔部分斜拉桥全桥易损性主要受到限位器和中墩的控制。     

抗震结构最优设防水平决策与全寿命优化设计的简化易损性分析方法

地震破坏状态概率分析是抗震结构最优设防水平决策与全寿命优化设计的关键问题之一,作者们曾根据"三水准"设防原则和地震烈度的危险性分析结果提出了二种实用分析方法.本文建立了结构破坏状态概率分析的地震易损性理论基础,提出了极限状态地震易损性和破坏状态地震易损性的概念.从地震易损性理论的角度,对二种地震破坏状态概率简化分析方法进行了深入分析,指出第1种方法是一种考虑结构宏观抗震能力不确定性的半理论半经验易损性分析方法,而第2种方法则是一种不考虑结构宏观抗震能力不确定性的简化易损性分析方法,根据地震破坏状态概率的计算结果对二种方法进行了对比分析,并提出了相关的建议.     

基于改进云图法的结构概率地震需求分析

概率地震需求分析是美国太平洋地震工程研究中心(Pacific Earthquake Engineering ResearchCenter,PEER)提出的新一代"性能化地震工程(Performance-Based Earthquake Engineering,PBEE)"理论框架的重要一环。传统的概率地震需求分析方法称为"云图法",这种方法针对确定性结构进行一系列地震动作用下的非线性动力分析,从而得到地震动强度参数与结构地震需求的"云图"。然而,传统的云图法只能考虑地震动的不确定性,而无法考虑结构的不确定性。为此,结合拉丁超立方体抽样技术,提出一种能综合考虑地震动不确定性和结构不确定性的改进云图法,并将传统的概率地震需求分析内容拓展为概率地震需求模型、概率地震需求易损性分析、概率地震需求危险性分析三个层次。以一榀五层三跨钢筋混凝土框架结构为例,分别采用传统云图法和改进云图法对其进行概率地震需求分析,得到了该结构的概率地震需求模型、地震需求易损性曲线和地震需求危险性曲线。分析结果表明:提出的方法可以有效地考虑地震动与结构的不确定性,避免不考虑结构的不确定性而低估结构的地震风险性。     

地震潜在风险的分析研究

主要讨论了地震潜在风险的计算方法.根据水平向地震加速度超越概率曲线,通过曲线拟合得到曲线的表达形式,从而获得地震加速度的概率密度函数;通过建筑结构的以易损性指数表达的易损性矩阵及多个城市的数据处理,得到建筑结构破坏程度即易损性指数的概率密度函数;最后通过上述的地震危险性分析和建筑结构的易损性分析就可以评估地震潜在风险.     

汶川地区震后钢筋混凝土框架结构的地震易损性研究

以汶川地震为研究背景,针对震后典型钢筋混凝土框架结构进行地震易损性研究。基于Cornell理论框架结合汶川地质资料,拟合出考虑场地特点的地震危险性模型,同时定义损伤水平状态及限值指标,以概率解析易损性研究方法为基础,运用考虑地震动参数的解析易损性评估方法绘制汶川地区钢筋混凝土框架建筑的地震易损性曲线。研究结果表明:考虑地震动参数的概率解析易损性研究方法是一种有效的地震易损性评估方法;以PGA作为地震强度输入指标的结构反应,随自振周期的增大体系最大响应的相关性降低,结构各个损伤状态的失效概率均随之增大。     

考虑冲刷作用效应桥梁桩基地震易损性分析

冲刷造成桩周土体的剥蚀将会削弱土体对桩基的侧向支撑能力,冲刷效应会对桥梁桩基的地震易损性产生影响,因此有必要对冲刷和地震共同作用下桥梁桩基的易损性进行研究。利用SAP2000软件建立三维桥梁有限元模型,通过非线性时程分析得到桥梁桩基地震响应峰值。采用概率性地震需求分析方法,建立不同冲刷深度下桥梁桩基地震易损性模型,在地震易损性函数假设为对数正态分布函数的基础上,通过回归分析得到概率模型中的参数,进而得到不同冲刷深度下桥梁桩基在不同破坏状态所对应的地震易损性曲线,并分析冲刷深度对桩基破坏概率的影响。研究结果表明:随着冲刷深度的增加,桥梁桩基在地震作用下的破坏概率显著增加。     

基于地震易损性分析的平塘特大桥关键构件破坏顺序研究

为探究山区超高墩三塔大跨斜拉桥在地震作用下各关键构件（桥塔、支座、基础和桥墩）的破坏顺序,以在建的贵州平塘特大桥为工程依托,首先基于OPEENSEES软件建立空间有限元模型,然后基于概率理论建立斜拉桥地震易损性模型,最后以混凝土应变和支座相对位移为易损性指标进行增量动力分析,得到各构件易损性曲线,并基于各构件的易损性曲线对此类桥型的构件破坏顺序进行分析。研究表明：横向地震对该斜拉桥造成的破坏程度要大于纵向地震;在纵向地震作用下桥梁结构最易发生破坏的是中塔支座和边塔基础,在横向地震作用下桥梁结构最易发生破坏的是边塔支座和过渡墩基础。     

拉索松弛对独塔斜拉桥地震反应的影响

为了研究地震作用下斜拉桥拉索松弛对独塔斜拉桥地震反应的影响,采用桁架单元模拟斜拉索,考虑拉索垂度效应,基于OpenSees平台建立了考虑成桥状态及拉索松弛的全桥有限元模型,输入5条强震记录进行地震反应分析,探究了斜拉索松弛及其对斜拉桥关键部位地震反应的影响规律。结果表明:强震作用下独塔斜拉桥的拉索会产生松弛,但拉索松弛现象仅发生在部分边索中;拉索松弛对最不利受力索的位置和最大索拉力影响可以忽略;拉索松弛可能增大也可能减小结构地震反应,其影响不可忽略且受地震动的频谱影响较大,应引起设计的注意。     

Shake table experimental study of cable-stayed bridges with two different design strategies of H-shaped towers

As one of the main load-carrying components of cable-stayed bridges,bridge towers are typically required to remain elastic even when subjected to severe ground motions with a 2%-3%probability of exceedance in 50 years.To fulfill this special requirement imposed by current seismic design codes,reinforcement ratios in the bridge towers have to be kept significantly higher than if limited ductility behavior of the tower is allowed.In addition,since the foundation capacity is closely related to the moment and shear capacities of the bridge tower,a large increase in bridge construction cost for elastically designed cable-stayed bridge is inevitable.To further investigate the possibility of limited ductility bridge tower design strategies,a new 1/20-scale cable-stayed bridge model with H-shaped bridge towers designed according to strong strut-weak tower column design was tested.The shake table experimental results are compared with a previous strong tower column-weak strut designed full bridge model.A comparison of the results show that ductility design with plastic hinges located on tower columns,i.e.,strong strut-weak tower column design,is another effective seismic design strategy that results in only small residual displacement at the top of the tower column,even under very severe earthquake excitations.     

基于弹性拉索的超高墩三塔斜拉桥减震效果研究

为探究超高墩三塔斜拉桥在弹性拉索装置下的减震效果,首先利用SAP2000建立了考虑支座非线性和拉索几何非线性的三维有限元模型;其次基于弹性拉索装置,研究了弹性拉索刚度对三塔斜拉桥地震响应的影响;最后基于数值分析结果并结合某三塔斜拉桥实际工程提出3种减震方案。研究表明:在两边塔塔梁结合处设置弹性拉索可显著减小桥梁在地震作用下的内力和位移响应;提出的方案1(两边塔单根弹性索均为50股,单股刚度均为12000kN/m)、方案2(两边塔单根弹性索均为100股,单股刚度均为10000kN/m)和方案3(15#主塔单根弹性拉索100股,单股刚度10000kN/m;17#主塔单根弹性拉索100股,单股刚度为16000kN/m)相较于无弹性索状态,均可有效降低主塔塔底弯矩、塔底剪力、塔顶位移及主梁纵向位移;相较于方案1,方案2和方案3是更优方案。     

澳门澳凼第三大桥斜拉桥地震反应分析

结合一座澳门澳凼第三大桥斜拉桥的工程设计实例,采用大型有限元分析程序ANSYS,选取空间BEAM188、BEAM4及SHELL63单元建立动力计算模型,对比研究了主塔墩底在假定固结和考虑桩土共同工作这两种边界约束处理方式下的动力特性;并选取三条地震波在桥的纵、横向分别进行桥梁地震作用下的时程分析,给出了主梁和中塔的内力、位移及时程响应。     

南京江心洲大桥主桥的地震反应谱分析

以南京江心洲大桥主桥为研究对象,采用大型有限元分析软件ANSYS建立了该独塔自锚式悬索桥的三维有限元模型,采用子空间迭代法对该桥模型进行了自振特性的分析,在其中考虑了几何非线性的影响。对该桥模型进行模态分析。在此基础上运用反应谱法计算了该桥的纵向、横向、竖向、纵向＋竖向以及横向＋竖向的地震响应,并针对其主要截面位置进行分析。结果表明,横向地震下的塔底应力比纵向、竖向输入下大,竖向地震作用下主梁地震应力要比横向、纵向地震作用下的大,塔顶位移在纵向＋竖向地震动输入时的位移值最大等。研究结果对同类桥型的工程抗震研究具有参考意义。     

独塔刚构体系斜拉桥地震反应分析

基于非线性有限元理论,以某独塔双索面刚构体系斜拉桥为例建立了动力空间有限元模型,对该桥的动力特性进行了研究。在此基础上通过三角级数拟合规范反应谱的方法,合成了适用于结构分析的人造地震波,并以此和两条实际地震记录作为输入地震动,应用时程分析法对比分析了一致激励和行波激励下的结构地震反应。研究结果表明,在考虑纵向+竖向组合作用时,独塔双索面斜拉桥的内力和位移反应比纵向分量单独作用时更为显著;行波效应可以明显减小结构的位移反应,对结构抗震来讲是有利的。以上结论将为此类桥梁的设计和发展提供一定的理论依据。     

最不利主余震序列型地震动作用下RC框架结构易损性研究

余震的发生会造成结构的累积损伤,不同类型的主余震序列地震动对结构的影响有所差异。鉴于此,以主震卓越周期小于或接近余震卓越周期为基本原则,确定了最不利主余震序列地震动。选择4层RC框架结构为研究对象,在增量动力分析的基础上,定义了4个性能水平,以此来研究该结构的易损性。依据破坏状态概率和震害指数,得到7度多遇、7度设防和7度罕遇地震的易损性指数。研究结果表明:依据我国规范设计的RC框架结构的4个性能水平的量化指标限值依次为1/495、1/263、1/108和1/45,余震的出现会加剧结构的破坏状态。当以易损性指数作为评价指标时,可认为该结构能够满足小震不坏、中震可修和大震不倒的抗震设防目标。     

高烈度区深水斜拉桥动水效应及抗震体系研究

位于高烈度区的深水斜拉桥在地震下不仅会受到强震的作用,还会受到附近水体的作用,结构抗震要求高,选择合理的抗震体系非常重要.以云南格巧高速双河特大桥为工程实例,分析动水作用对斜拉桥地震响应的影响及其与地震强度的关系,在此基础上对斜拉桥的纵、横向抗震体系展开研究并给出合理建议.结果表明,动水作用会增大索塔塔底内力和结构整体位移响应,且对剪力的影响最大;动水对结构各响应的放大作用随地震强度增加呈现出增减不一的变化趋势,抗震设计时应分别考虑各级地震下的动水效应;索塔、辅助墩和桥台处均设置黏滞阻尼器等阻尼约束的纵向协同抗震体系能够最有效减小墩、塔底纵向内力及结构纵向位移,建议作为斜拉桥纵向抗震体系; 斜拉桥横向推荐采用索塔处设置固定约束、墩台处设置钢阻尼器等弹塑性约束的组合约束体系,该体系能同时降低墩、塔底横向内力,并有效控制结构整体横向位移响应.