地震动特性对隔震桥梁地震响应的影响
多维地震动作用下隔震桥梁结构的地震响应分析
√=123 ,,
() 9
c J
f
.
位 f刚塑
睦
I
根据傅立叶变换和逆变换得系统在多维地震动输入 下各分量的相对位移反应为
“()={ } t ,t P () q (0 1)
I
』 q
f
图 2 隔震层滞 变恢 复力模 型
F g 2 Hy tr si d l fioai n ly r i. se e t mo e lt a e c o s o
Q ui ( ,)=N k t au+N 1 )xs ( ) ( 一 k。 n i g t
() 2
上式及图2中, N为隔震元件的总数; 、 kc分别 Q 、, t
二刚度系数.
屈服力 、 初始弹性刚度和第 本文探讨用频域法对隔震层为双线性滞变特性的隔震桥 为每个隔震元件的屈服位移、 将() 2式代入 , 则方程() 1可化为
计 算结果显 示 了分析 方法的有 效性 .
关 键 词 :多维 地 震 动 ;非 线性 随机 响 应 ;隔震 桥 梁 中 图分 类号 : U3 2 T 5 文献标识码 : A
实际地震时的地面运动包括 6个分量 :个平动分量 3 和3 个扭转分量. 结构和构件的作用是空间的, 将结构简 化成平面模型并只考虑单向或双向地震动作用的分析, 不 能全面准确地反映结构地震反应的本质. 对隔震桥梁结构 地震作用的反应分析, 国内外 的研究多数集中在平面结构 模型上, 结构本身的空间特性及输入地震动的多维性等尚
有待深入研究.
隔震结构研究中地震反应的控制 已成为 目前研究的
热点之一 .Wio 等在 S S 方法的基础上, ln s RS 提出了考
图 1 单 质点模型
地震作用下桥梁结构的动态响应
地震作用下桥梁结构的动态响应地震是一种极具破坏力的自然灾害,对桥梁结构的安全构成了严重威胁。
桥梁作为交通网络的重要组成部分,其在地震中的稳定性和可靠性至关重要。
了解地震作用下桥梁结构的动态响应,对于桥梁的设计、施工和维护具有重要意义。
桥梁结构在地震作用下的动态响应是一个复杂的过程,受到多种因素的影响。
首先,地震波的特性是关键因素之一。
地震波包括纵波、横波和面波,它们具有不同的传播速度和振动特性。
纵波传播速度较快,引起地面上下振动;横波则使地面发生水平方向的晃动;面波则是沿地表传播的复杂波动,对地面结构的影响较大。
桥梁的结构形式和材料特性也会显著影响其动态响应。
不同类型的桥梁,如梁桥、拱桥、斜拉桥和悬索桥,在地震作用下的表现各有差异。
例如,梁桥的主要受力构件是梁,其在水平地震作用下容易产生弯曲变形;拱桥的拱肋则要承受较大的轴向压力和弯曲应力;斜拉桥的斜拉索和主梁之间的相互作用复杂,地震时可能出现索的振动和主梁的扭转;悬索桥的主缆和加劲梁在地震中的动态响应也较为独特。
此外,桥梁的基础类型和地质条件也不容忽视。
如果桥梁基础位于软弱土层或不稳定的地质区域,地震时可能会发生较大的沉降和位移,从而影响桥梁的整体稳定性。
在地震作用下,桥梁结构的动态响应主要表现为位移、速度和加速度的变化。
位移是最直观的反映,过大的位移可能导致桥梁构件之间的碰撞、支座的破坏甚至结构的倒塌。
速度和加速度的变化则反映了结构振动的剧烈程度,过大的加速度可能会使结构内部产生过大的惯性力,从而导致构件的破坏。
为了研究桥梁结构在地震作用下的动态响应,工程师们通常采用理论分析、数值模拟和实验研究等方法。
理论分析基于力学原理和数学模型,对桥梁的地震响应进行计算和预测。
数值模拟则利用计算机软件建立桥梁的有限元模型,模拟地震作用下结构的受力和变形情况。
实验研究包括振动台试验和拟静力试验等,通过实际的物理模型来观测桥梁在地震作用下的性能。
在桥梁的设计中,为了提高其抗震性能,采取了一系列的措施。
桥梁设计中的地震防护考虑与措施
结构健康监测
01
通过智能传感器实时监测桥梁结构响应,评估结构健康状况和
安全性。
地震预警系统
02
利用智能感知技术建立地震预警系统,提前预测地震并启动应
急措施,减轻地震对桥梁的破坏。
数据分析与优化
03
对监测数据进行深入分析,优化桥梁设计方案和抗震措施,提
高桥梁抗震性能。
06
未来发展趋势与挑战
基于性能抗震设计理论的发展前景
限。
塑性力学方法
考虑结构在强震作用下的塑性变形和能量耗散,通过弹塑性分析或塑性极限分析等 方法,评估结构的抗震性能。
适用于结构刚度较小、地震动强度较高的情况,可更准确地模拟结构在强震作用下 的响应。
塑性力学方法需要更复杂的计算模型和参数设置,计算成本较高。
有限元法及数值模拟技术
基于有限元法建立桥梁结构的 精细化模型,通过数值模拟技 术模拟地震波的传播和结构的 地震响应。
桥梁设计中的地震防护考虑与措 施
• 地震对桥梁的影响及危害 • 桥梁地震防护设计原则与策略 • 地震作用下桥梁结构分析方法 • 桥梁地震防护措施与实践案例 • 桥梁地震防护新材料与新技术应用 • 未来发展趋势与挑战
01
地震对桥梁的影响及危害
地震波传播特性
体波
包括纵波和横波,纵波使地面上 下颠簸,横波使地面水平晃动。 体波传播速度较快,对桥梁的垂 直和水平方向都会产生影响。
结构加固与改造措施及应用实例
结构加固措施
通过增加钢筋、钢板、碳纤维等材料,提高桥梁结构的承载力和 延性,增强结构的抗震能力。
结构改造措施
对原有桥梁结构进行改造,如增设墩柱、改变桥墩形状等,以提高 结构的整体刚度和稳定性。
应用实例
地震对桥梁的破坏与加固方法
地震对桥梁的破坏与加固方法摘要:我国都是个地震频发的区域,我国国土占地41% 的区域处于地震基本烈度七级以上。
地震的发生会严重的影响到桥梁结构,带来无法修复的损伤。
本篇论文结合以往的经验,分析了五种在地震中经常出现的桥梁破坏形式,并对桥梁的抗震设计进行了相关描述,总结了提高抗震等级的一些方法。
关键词:桥梁抗震设计;方法1.引言通常,地震的发生会带来很大的破坏,特别是交通,对于地震后的救援重建工作有很大影响。
桥梁对于救援非常重要。
所以,进行桥梁的设计时,抗震设计是极其重要的,特别是较易发生地震的地区,更应该加强重视。
1.地震对桥梁的主要损坏(一)桥梁地基与基础容易遭受的损坏在桥梁的建设过程中,地基与基础部分是十分重要的,地震时,会产生地质变动,会对于地层的稳定性有所破坏,从而使得桥梁会出现地层的水平滑移、下沉和断裂等情况,影响到桥梁的结构,使桥梁的结构发生损坏。
地震发生时,桥梁的桩机容易出现剪断、倾斜破坏的情况,对于救援的及时性有所影响。
(二)桥台沉陷在桥梁施工时,桥台后填土与桥台两者没有完全进行固结,所以当地震发生时,就会以很大的破坏力出现,使得桥梁填土会出现较大的纵向荷载,地层产生的破坏力将使得桥台填土承受较大的纵向荷载,而且在发生地震时,桥台会受到被动土压力,因为,桥梁中受到桥面的支撑作用,地震产生时,桥梁会产生纵向力,使得出现以桥台顶端为支撑的旋转,造成桥梁结构上的破坏,出现偏差或者错位的情况。
地震时出现的纵向荷载,不只是会使得桥梁出现竖向旋转的情况,还会使得桥台垂直沉陷的情况发生,在强大的作用下,出现桥面的损坏。
(三)墩柱破坏进行桥梁设计时,应该考虑到抗震问题,增加桥梁墩柱的弯曲强度、弯曲延性、抗弯能力以及剪切强度。
如果墩柱受到破坏,会使得桥梁承受地震的能力变弱,从而产生如落梁、倒塌等情况的出现。
(四)支座破坏发生地震时,因为地震产生的外力巨大,会出现桥梁上下位移的情况,从而出现破坏支座的问题,由于支座破坏,使得桥梁整体性荷载分布会出现很大变化。
地震作用下桥梁动态响应分析
地震作用下桥梁动态响应分析地震是一种破坏力极大的自然灾害,对桥梁等基础设施的安全构成严重威胁。
桥梁作为交通运输的关键节点,其在地震作用下的动态响应特性直接关系到人员生命和财产安全。
因此,深入研究地震作用下桥梁的动态响应具有重要的理论和实际意义。
一、桥梁在地震中的受力特点桥梁在地震作用下主要受到水平地震力和竖向地震力的影响。
水平地震力通常是导致桥梁结构破坏的主要因素,它会使桥梁产生水平位移、弯曲变形和剪切破坏。
竖向地震力虽然相对较小,但在某些情况下也可能引起桥梁的墩柱破坏、支座失效等问题。
此外,地震波的传播特性也会对桥梁的受力产生影响。
地震波包括纵波、横波和面波,它们的传播速度和振动方式不同,使得桥梁在不同部位受到的地震作用存在差异。
例如,面波在地表附近传播,其能量较大,对桥梁基础的影响较为显著。
二、桥梁结构对地震响应的影响1、桥梁的类型和跨度不同类型的桥梁(如梁桥、拱桥、斜拉桥等)在地震作用下的响应有所不同。
一般来说,梁桥的结构相对简单,但其跨度较小,在地震中的变形能力有限;拱桥具有较好的抗压性能,但对水平地震力的抵抗能力相对较弱;斜拉桥由于其复杂的结构体系,地震响应较为复杂,需要进行详细的分析。
桥梁的跨度也是影响地震响应的重要因素。
跨度越大,桥梁的自振周期越长,与地震波的共振可能性就越大,从而导致更大的地震响应。
2、桥墩和桥台的形式桥墩和桥台是桥梁的重要支撑结构,它们的形式和尺寸对地震响应有显著影响。
实心桥墩的抗弯和抗剪能力较强,但在地震作用下容易产生较大的内力;空心桥墩则具有较好的延性,但在强震作用下可能发生局部屈曲。
桥台的类型(如重力式桥台、轻型桥台等)也会影响桥梁与地基的相互作用,进而改变地震响应。
3、支座和伸缩缝支座是连接桥梁上部结构和下部结构的关键部件,其力学性能直接影响桥梁在地震中的变形和受力。
常见的支座类型如板式橡胶支座、盆式支座等,它们在地震中的滑移和变形特性不同,会导致桥梁的地震响应有所差异。
地震动频谱特性对隔震结构非线性地震响应的影响
最 佳 的减 震 效 果 。 关 键 词 :隔 震 结 构 ; 加速度反应谱 平均周期 ; 屈 重 比
中图分类号 : T U 3 7 5 . 4
u s e d t o c h a r a c t e iz r e t h e s p e c t r um c h a r a c t e r i s t i c s o f g r o u n d mo t i o n s . S e i s mi c wa v e s wi t h d i f f e r e n t p e r i o d s
A b s t r a c t : T h e e q u i v a l e n t l i n e a r d e s i g n m e t h o d w a s u s e d b a s e d O i l t h e s i n g l e d e g r e e o f f r e e d o m( S D O F s y s t e m f o r i s o l a t e d b u i l d i n g w i t h d i f f e r e n t p e r i o d s . A c c e l e r a t i o n a v e r a g e r e s p o n s e s p e c t r a l p e i r o d( T r )w a s
V0 I . 3 5 No . 3 Ma v 2 01 3
d o i : 1 0 . 3 9 6 9 / j . i s s n . 1 6 7 1 — 7 6 2 7 . 2 0 1 3 . 0 3 . 0 0 1
桥梁结构的地震响应分析与减震控制
桥梁结构的地震响应分析与减震控制地震是世界各地广泛存在的自然灾害,造成了巨大的人员伤亡和财产损失。
对于桥梁结构而言,地震响应是一个重要的研究领域。
本文将就桥梁结构的地震响应分析和减震控制进行探讨。
一、桥梁结构的地震响应分析地震对桥梁结构的影响是通过结构的动力响应来反映的。
地震激励作用下,桥梁结构会发生振动,并且会带来很大的变形和应力。
为了对桥梁结构的地震响应进行分析,需要考虑以下几个因素:1. 地震输入:地震输入是指地震波的特征参数,包括地震波的频谱特性、持时和地震波的峰值加速度等。
2. 桥梁的动力特性:桥梁的动力特性包括自振频率、阻尼比和模态形态等。
自振频率越低,桥梁结构对地震波的响应越明显;而阻尼比越高,桥梁结构的减震效果越好。
3. 结构的非线性效应:由于桥梁结构大变形和应力,会引起结构的非线性行为,如塑性变形、裂缝扩展等。
这些非线性效应对结构的地震响应具有重要的影响。
通过对桥梁结构的地震响应分析,可以评估结构的安全性和破坏性,并为减震控制提供依据。
二、桥梁结构的减震控制为了降低桥梁结构在地震中的响应,减震控制技术被广泛应用于桥梁工程中。
1. 传统的减震控制技术:传统的减震控制技术包括增加结构的刚度和强度、采用隔震支座等。
增加结构的刚度和强度可以提高结构的抗震能力,但也增加了工程成本。
隔震支座可以有效隔离地震输入,减小结构的地震反应。
然而,传统减震控制技术对于大跨度桥梁结构效果有限,难以满足高抗震性能的要求。
2. 新型的减震控制技术:新型的减震控制技术主要包括液压减震装置、摩擦阻尼器和智能材料等。
液压减震装置通过可控的液压阻尼来消耗结构的动能,起到减震的作用。
摩擦阻尼器采用摩擦阻尼力来减小结构的振动,降低地震反应。
智能材料可以根据外界的激励实时调整自身的特性,从而降低结构的振动。
新型的减震控制技术具有很好的效果,能够提高桥梁结构的抗震能力和安全性。
然而,这些技术的应用需要充分考虑桥梁结构的特点和使用环境,以保证其可靠性和经济性。
桥梁设计中的地震响应分析与减震控制
桥梁设计中的地震响应分析与减震控制桥梁是人类社会固有的重要交通设施之一,自古以来就有着跨越河流、峡谷等特殊地理环境的需要。
然而,地震是一个不可预知、不可避免的自然灾害,其对桥梁的破坏是不可估量的。
因此,在桥梁的设计、建设和维护中,地震响应分析和减震控制显得尤为重要。
一、桥梁地震响应分析桥梁在地震中的响应主要表现为结构的变形、应力的分布、动态特性的变化等。
因此,为了准确评估桥梁在地震中的破坏情况,需要进行地震响应分析。
地震响应分析主要包括静力分析和动力分析两种方法。
静力分析是建立在弹性理论基础上的方法,它假设桥梁在地震作用下的响应具有线性的特性,且桥梁结构的变形是可逆的。
这种方法可以快速计算出桥梁在地震中的内力、位移等参数,然而它无法刻画桥梁在非线性时的响应情况。
动力分析则是基于桥梁结构的实际响应情况进行的,它可以准确评估桥梁在地震中的响应,包括结构的变形、应力的分布、动态特性的变化等。
目前常用的动力分析方法主要包括时程分析、反应谱分析等。
时程分析可以模拟不同地震强度下桥梁的响应情况,而反应谱分析则可以在给定地震作用下,计算出桥梁的动态特性并评估其响应情况。
二、桥梁减震控制技术为了减小桥梁在地震中受到的破坏,需要采用有效的减震控制技术。
目前常用的桥梁减震控制技术主要有被动控制和主动控制两种。
被动控制是指在桥梁结构中预制加装减震装置,利用减震器等器件来吸收地震能量并减小桥梁结构的振动响应。
被动控制技术具有结构简单、成本低等优点,但是其减震效果受到地震作用的影响较大,而且其减震器等器件在使用过程中容易发生疲劳或损坏。
主动控制是指利用主动控制装置来控制桥梁结构的振动响应,在地震发生后能够快速响应并调整结构的动态特性。
主动控制技术具有减震效果好、控制精度高等优点,但是其设计成本较高,控制系统也较为复杂,运行维护和管理难度较大。
此外,还有一种较为常用的混合控制技术,即被动控制与主动控制相结合的混合减震控制。
桥梁结构的地震响应分析与减振控制
桥梁结构的地震响应分析与减振控制地震是一种破坏性极大的自然灾害,对于桥梁结构来说,地震会造成巨大的冲击与振动,进而危及桥梁的安全性。
因此,对于地震响应的分析及减振控制显得尤为重要。
本文将探讨桥梁结构的地震响应分析与减振控制的相关内容。
一、地震响应分析地震响应分析是指通过数学模型及计算方法,对桥梁结构在地震作用下的响应情况进行预测与分析。
通过对桥梁结构的地震响应分析,有助于我们了解结构的抗震性能,并为后续的减振控制提供依据。
1. 结构模型在进行地震响应分析时,需要建立相应的地震桥梁模型。
通常,我们可以采用有限元方法将桥梁结构离散化为节点和单元,通过计算每个节点的运动参数来研究地震作用下的响应情况。
2. 加速度输入地震响应分析需要考虑地震加速度对桥梁结构的影响。
我们可以通过研究历史地震数据或使用合成地震波来模拟实际地震的加速度输入,并将其作用于结构模型,进行地震响应分析。
3. 结构响应通过进行地震响应分析,可以得到桥梁结构在地震作用下的位移、加速度、内力等响应参数。
这些参数可以帮助我们评估结构的抗震性能,并为减振控制提供基础数据。
二、减振控制减振控制是指通过一系列的措施与方法,减少或消除桥梁结构在地震作用下的振动响应。
在进行桥梁结构的减振控制时,我们可以从结构设计、材料选择、减震装置等多个方面入手。
1. 结构设计在桥梁结构的设计阶段,可以采用抗震设计的原则,通过增强结构的抗震能力来降低地震响应。
例如,合理设置剪力墙、增加桥墩的承载能力等,可以提高结构的整体稳定性,减小地震引起的破坏。
2. 材料选择合理的材料选择也是减振控制的重要方面。
在桥梁结构的设计中,可以选用具有较好抗震性能的材料,如高强度混凝土、增强型钢材等。
这些材料在地震作用下具有较好的韧性和延性,能够减少结构受到的破坏程度。
3. 减震装置减震装置是减振控制中常用的一种手段。
通过设置减振器或减震支座等装置,可以将一部分地震能量转化为其他形式的能量,从而减小结构的振动幅度。
近断层地震脉冲效应对大跨度桥梁地震响应的影响
如表 3所 示 , 加 速 度 脉 冲 为 主 导 的 Rnli 以 ia d
输入 引起 悬索 桥各 关键 部 位 的位 移 响 应 与 Ec n o le t r 波 的结果 比较 接 近 , 别 部 位 甚 至 还 小 , 是 以 滑 个 但
冲效 应为 主导 的 Tu7 c06输 入却 激 起 了塔 梁 连接 处 3~ 4倍 的位 移 响应 ; 与此 同 时 , 向输 入 下 塔 顶 的 纵 位 移却 相差 不 大 , 且 位 移 量 也 相 比较 小 , 说 明 而 这 塔 本 身 的振 动 不是 引起 如 此 大 纵 向相 对 位 移 的 主 要 原 因 。另 外 , 由表 2可 见 , 管 悬 索 桥 的一 阶 周 尽 期最 长 , 到 2 , 达 1S但模 态 是 横桥 向 的 , 第 二 阶 纵 而
长周 期结 构也许 并 不合适 。因此 , 采用 C WB获得 加速 度 时程记 录 , 通 过 积分 和 二次 积 分获 得 速度 和具 并 有 明显滑 冲效应 的位移 时程 , 1为 以上各 记录 的相关 信息 。 表
表 1 所 用 地 震 波 信 息
因 Ecn oN l  ̄ S记 录 的加 速度 峰值 在 0 3 e .g左右 , 因此 以上所有 记 录均按 加速 度峰 值调 整到 0 3 图 1 .g, 为相应 的 5 阻尼 比 的加 速度 和位 移反 应谱 。考 虑 到 大跨 度 桥 梁 的周 期 很 长 , % 因此 反 应谱 曲线 包含 了直
t、 ot ig 、 oeLmiadC ih) 分 展示 了此 类地 震 异 于远 场 地 震 的 显 著脉 冲特 点 及其 对 土木 工 aN r r e K b 、z t n hC i充 hd
程结 构 产生 的 灾难 性破 坏 , 引起 了 国际地 震工 程 界 和土 木工 程 界对 该类 地 震 动本 身及 其 作用 下 结 构 的抗
地震作用下桥梁结构的抗震设计
地震作用下桥梁结构的抗震设计桥梁作为交通运输的重要枢纽,在地震作用下的安全性至关重要。
地震可能导致桥梁结构的损坏甚至倒塌,严重影响救援和灾后重建工作。
因此,对桥梁结构进行科学合理的抗震设计是保障桥梁安全的关键。
一、地震对桥梁结构的影响地震是一种突发的自然灾害,其释放的能量以地震波的形式传播。
当地震波到达桥梁所在地时,会对桥梁结构产生多种影响。
首先是水平地震力的作用。
水平地震力会使桥梁产生水平位移和加速度,导致桥墩、桥台等构件承受较大的弯矩和剪力。
如果这些构件的强度和刚度不足,就可能发生开裂、屈服甚至破坏。
其次是竖向地震力的影响。
虽然竖向地震力通常比水平地震力小,但在某些情况下,如近断层地震或大跨径桥梁中,竖向地震力也不可忽视。
它可能导致桥梁支座脱空、梁体与墩台的碰撞等问题。
此外,地震还可能引起地基土的液化、滑坡等现象,削弱桥梁基础的承载能力,导致桥梁整体失稳。
二、桥梁结构抗震设计的原则为了确保桥梁在地震作用下的安全性,抗震设计应遵循以下原则:1、多道防线原则在桥梁结构中设置多个抗震防线,当第一道防线失效后,后续的防线能够继续发挥作用,从而提高桥梁的抗震能力。
例如,墩柱可以作为第一道防线,当墩柱破坏后,支座、伸缩缝等构件能够起到一定的耗能作用。
2、能力设计原则通过合理的设计,使桥梁结构的各个构件在地震作用下能够按照预定的方式屈服和破坏,避免出现脆性破坏和不合理的破坏模式。
例如,应确保桥墩的塑性铰出现在预期的位置,并且具有足够的变形能力。
3、整体性原则注重桥梁结构的整体性,使各个构件之间能够协同工作,共同抵抗地震作用。
例如,通过合理设置系梁、盖梁等构件,增强桥墩之间的连接,提高桥梁的整体刚度和稳定性。
三、桥梁结构抗震设计的方法1、静力法静力法是一种简单的抗震设计方法,它将地震作用等效为一个静态的水平力,作用在桥梁结构上。
这种方法适用于规则、简单的桥梁结构,但对于复杂的桥梁结构,其计算结果可能不够准确。
地震对桥梁建造的影响与抗震设计
地震动的频谱特性与桥梁结构的自振 频率相互作用,影响结构的振动幅度 和破坏程度。
桥梁结构的振动响应
地震波引起的地面运动使桥梁结构产 生振动,包括水平、垂直和扭转振动 。
地震引起的桥梁破坏形式
01
02
03
支座破坏
地震作用下,桥梁支座可 能出现位移、剪切破坏或 脱落等现象。
桥墩破坏
桥墩是桥梁的主要承重构 件,在地震中可能因弯曲 、剪切或扭转而破坏。
未来发展趋势与挑战
智能化抗震设计
利用人工智能、大数据等技术,实现桥梁抗震设 计的智能化和精细化,提高设计效率和准确性。
减震隔震技术创新
发展新型减震隔震技术,如摩擦摆隔震支座、金 属耗能装置等,降低地震对桥梁结构的破坏力。
高性能材料应用
研发和应用高性能材料,如超高性能混凝土、碳 纤维复合材料等,提高桥梁结构的抗震性能和耐 久性。
旧金山-奥克兰海湾大桥
该桥在1989年洛马普列塔地震中受损,但经过抗震加固和 改造,成功抵御了后续地震,展现了先进的抗震设计理念 和工程技术。
日本东名高速公路
在多次地震中,该高速公路的桥梁结构表现稳定,得益于 其采用的隔震支座和耗能装置等先进技术,有效降低了地 震对桥梁的破坏。
中国港珠澳大桥
作为世界最长的跨海大桥,港珠澳大桥在设计中充分考虑 了地震因素,采用了高性能混凝土、纤维增强塑料等先进 材料,提高了桥梁的抗震性能。
03
桥梁结构抗震措施
基础隔震技术
隔震沟和隔震槽
在桥梁墩台下方设置隔震沟或隔 震槽,通过阻断地震波的传播路 径来减小地震力对桥梁结构的影
响。
隔震支座
采用特殊设计的隔震支座,如橡 胶隔震支座、滑动隔震支座等, 以延长桥梁结构的自振周期,降
多维地震动作用下基础隔震结构地震响应分析_江宜城
—2 —
图 3 隔震结构的计算模型
5 基础隔震结构随机反应
假设地震动输入为平稳随机过程 , 结构
在双向水平分量和绕竖直轴旋转的扭转分量
共同作用下 , 其振动方程为 :
[ M ]{ U¨} + [ C ]{ U} + [ K]{ U}
= - [ M ] Ig{ U¨g}
(4)
式中 , [ M ] 、 [ C ] 、 [ K] 分别为结构的质
t)
k=1
-
1 ω2i
¨qi (
t
)
-
2ωζi qi ( t) i
(7)
设结构的任一反应量为 :
3n
6 Q ( t) = Ni qi ( t)
(8)
i =1
将式 (7) 代入式 (8) 得 :
3n
6 Q ( t) = Ni i =1
3
6 Aik ¨ugk ( t) Bi¨qi ( t) + Ci qi ( t) (9) k=1
【关键词】 基础隔震 等级线性化 扭转分量
Abstract The seismic response of the horizontal and torsional coupling vibration of a base isolated structures under multiΟcomponent ground motion excitation is analyzed in this pa2 per . Calculating results show that the assumption of equivalent linearization is rational and fea2 sible. For a based isolated structure ,the response due to the torsional component of the ground motion is always larger that the one without torsional component . If the base is isolated and there is no eccentricity in the isolation layer ,then the structural response will be reduced. This shows the base isolation technique can effectively reduce the structural response due the joint action of horizontal and torsional components of the ground motion excitaiton.
桥梁结构的地震响应分析与隔震设计
桥梁结构的地震响应分析与隔震设计地震是自然灾害中最具破坏性的一种,给桥梁结构的安全稳定性带来了巨大的挑战。
因此,对于桥梁结构在地震中的响应进行分析,并采取隔震设计措施,成为保障桥梁结构安全运行的关键所在。
本文将就桥梁结构的地震响应分析以及隔震设计进行探讨。
一、桥梁结构地震响应分析桥梁结构的地震响应分析是指在地震发生时,通过数学模型和工程力学原理,对桥梁结构在地震荷载作用下的受力情况进行计算和分析。
地震响应分析的目的是预测桥梁结构在地震中的变形、位移、应力、应变等参数,为桥梁设计和抗震设计提供依据。
在进行地震响应分析时,首先需要确定桥梁所受到的地震荷载。
地震荷载主要包括地震作用时间历程、地震波参数等。
通过对地震参数的研究和分析,可以确定合适的地震响应谱,并结合桥梁结构的特征和受力情况,进行地震响应计算。
地震响应分析中还需要考虑桥梁结构的动力特性。
桥梁结构的动力特性包括固有周期、振型、频率等。
通过对桥梁结构的动力特性进行研究和分析,可以了解桥梁在地震中的受力状况,有助于评估桥梁结构的稳定性和抗震性能。
同时,地震响应分析还需要考虑桥梁结构的减震效应、隔震效应等。
二、桥梁结构的隔震设计隔震设计是指采用一定的隔震装置,在桥梁结构与地基之间设置缓冲层,使桥梁结构在地震时能够独立自由地进行振动,减少地震对桥梁结构的破坏程度。
隔震设计的核心思想是通过减小桥梁与地震的相互作用,达到保护桥梁结构的目的。
隔震设计主要采用的隔震装置有橡胶支座、钢球隔震支座等。
这些隔震装置在地震发生时具有较大的变形能力和能量吸收能力,可以减少桥梁结构所受到的地震荷载,降低结构的动力响应。
在隔震设计中,还需要考虑隔震装置的选用和布置。
隔震装置的选用需要充分考虑桥梁结构的特征和地震要求,选择合适的隔震装置,确保桥梁结构在地震发生时能够得到有效的隔离保护。
同时,隔震装置的布置也需要合理设计,确保桥梁结构的稳定性和耐久性。
隔震设计在实际工程中已经得到了广泛的应用。
桥梁结构地震响应与减振隔震控制技术研究
桥梁结构地震响应与减振隔震控制技术研究在桥梁工程中,地震响应和减振隔震控制技术是非常重要的研究领域。
地震是一种具有巨大破坏力的自然灾害,对桥梁结构的安全性和稳定性产生着重大影响。
因此,研究桥梁结构在地震中的响应特性,并采取相应的减振隔震控制措施,具有重要的工程意义。
一、桥梁结构地震响应研究桥梁结构地震响应研究是通过对桥梁结构在地震中的振动特性进行观测和分析,以了解结构在地震中的变形、位移、加速度等响应情况,并根据研究结果进行相应的结构设计和改进。
地震响应研究通常包括以下几个方面:1.震害调查与震害评定对历史地震事件中所造成的桥梁震害进行调查与评定,可以了解不同地震动力作用下桥梁的破坏形态和破坏程度,为后续的研究提供基础数据。
2.地震动力响应分析通过对桥梁结构在地震动力作用下的响应进行分析,包括结构的位移、加速度、应力等参数的计算和对比分析,可以了解结构在地震中的变形和破坏情况。
3.结构动力试验通过搭建实验模型,模拟真实地震动力作用下桥梁结构的响应,进行振动台试验或者风洞试验,可以直观地观测和测量结构的振动情况,为地震响应分析提供实验数据。
二、减振隔震控制技术研究减振隔震控制技术是指采用各种主动或被动措施,减小桥梁结构在地震中的振动响应,提高结构的抗震能力。
目前常用的减振隔震控制技术主要包括以下几种:1.减振材料的应用在桥梁结构中广泛使用减振材料,如阻尼器、弹簧、液体阻尼器等,通过吸收和耗散能量来减小结构的振动幅度,提高结构的抗震性能。
2.减振装置的设计设计适当的减振装置,如液压缸、液压支撑等,利用减振装置的特性调整结构的振动周期和阻尼比,从而减小结构的地震响应。
3.隔震技术的应用采用隔震技术可以将桥梁结构与地基隔离,降低地震动对桥梁的传递,从而减小结构受到的震动影响。
常用的隔震设备有橡胶隔震支座、球面隔震支座等。
4.数值模拟和优化设计借助现代计算机软件和数值模拟技术,对桥梁结构进行动力响应分析和优化设计,通过合理的参数配置和结构优化,提高桥梁的抗震性能。
层间隔震结构动力特性及地震响应分析
楼层的加速度幅值减小 , 层间位移幅值也减小, 变形集中在隔震层; 可以有效地减小各层层间剪力 , 层间隔震结构具
有 良好 的减震效果 。
关键词 : 间隔震 ; 层 橡胶支座 ; 动力特 性 ; 震响应 ; t g 有限元分析
增加 , 有效地延长了建筑物的基本周期 , 使结构的基 本周期远离建筑场地的卓越周期 , 而避开 了地震 从
的主要携能频带 , 减轻了结构的地震反应 。
间隔震。框架剪力墙结构采用 C 0 A 混凝土 , 弹性模
10 2
表 1 结构的 自振频率
甘
肃
科
技
第 2 卷 7
抗震结构
O761 .2 2
1 a水 平 动 刚 度 为 1N m 等 效 粘滞 阻尼 比 OP , k / m,
上述建立得到两种结构三维有限元模型 , 图 1 如 所
示。
的。这种方法主要是依靠结构 自身的塑性变形和延 0 2 ; 面厚为 10 m, .3 楼 2 m 剪力墙厚为 30 m。根据 0r a
了解框架剪力墙结构的层 间隔震 效果 , 文以十二 本
0 85 1 . 4 6
1 16 1 .3 2 144 2 .2 5 14 32 .9 4 16 18 .3 5 199 3 .8 7
2 27 5 . 19 2 3 19 .7 8 2781 .9 2
况, 峰值为 4 0a, 0gl时间间隔为 0 0 s持 时为 2 s .2, 0。 对抗震结构和层间隔震结构依次输入上述地震波进 行地震反应分析 , 分别得到结构层间位移幅值、 加速 度幅值及层间剪力 , 见表 2 4所示 。 ~ 从表 2— 4中有关层间位移、 加速度及层间剪力 中可知 , 在罕遇地震作用下 , 层间隔震结构各楼层层 间位移 比抗震结构各楼层层间位移均减小 , 变形主 要集 中在隔震层 , 从而抑制 了水平地震作用 向上部 结构 的传递 ; 抗震结构与层 间隔震结构的位移 幅值 反应 比最大为 2 .7 ; 隔震层上部结构基本作整 5 33且 体平动 , 所以层间隔震结构 能有效地减小结构的地 震位移反应。在罕遇地震作用下 , 采用橡胶 隔震支 座的层间隔震结构各楼层的相对加速度幅值均 比抗 震结构相应楼层加速度幅值减小 , 抗震结构与层 间 隔震结构加速度 幅值反应 比最大为 5 40 表 明结 .7 , 构采用橡胶隔震支座进行层间隔震能较好地降低结 构水平地震反应 , 具有 良好 的隔震效果 。从抗震结 构与层 间隔震结构的层 间剪力分析对 比可知, 间 层 隔震结构可 以有效地减小结构的各层间剪力。
桥梁抗震设计的理论与实践探讨
桥梁抗震设计的理论与实践探讨桥梁作为交通基础设施的重要组成部分,在保障人员和物资的流通方面发挥着关键作用。
然而,地震等自然灾害可能对桥梁造成严重破坏,影响其正常使用甚至导致垮塌,给人们的生命财产安全带来巨大威胁。
因此,桥梁抗震设计至关重要。
一、桥梁抗震设计的理论基础1、地震作用的特性地震是一种复杂的自然现象,其产生的地震波包括纵波、横波和面波等。
这些波的传播特性和能量分布对桥梁结构的影响各不相同。
了解地震作用的特性是进行桥梁抗震设计的前提。
2、结构动力学原理桥梁在地震作用下会产生振动,结构动力学原理用于分析桥梁结构的动力响应。
这包括对结构的自振频率、振型和阻尼等参数的研究。
3、抗震设计规范各国和地区都制定了相应的桥梁抗震设计规范,这些规范基于大量的研究和实践经验,为桥梁抗震设计提供了基本的准则和要求。
二、桥梁抗震设计的方法1、静力法静力法是一种较为简单的设计方法,将地震作用等效为静力荷载施加在桥梁结构上。
这种方法适用于结构简单、自振周期较小的桥梁。
2、反应谱法反应谱法考虑了结构的动力特性和地震动的频谱特性,通过反应谱曲线来确定结构的地震响应。
它是目前桥梁抗震设计中常用的方法之一。
3、时程分析法时程分析法通过直接输入地震波,对桥梁结构进行动力时程分析,能够更准确地反映结构在地震作用下的全过程响应。
但计算量较大,通常用于重要或复杂的桥梁。
三、桥梁结构的抗震措施1、合理的结构选型选择具有良好抗震性能的桥梁结构形式,如连续梁桥、拱桥等。
避免采用抗震性能较差的结构形式。
2、加强构件的连接确保桥梁各构件之间的连接牢固可靠,能够有效地传递地震力,避免节点破坏。
3、增加耗能装置在桥梁结构中设置耗能装置,如阻尼器、防屈曲支撑等,消耗地震输入的能量,减轻结构的损伤。
4、基础的抗震设计合理设计桥梁基础,提高基础的承载能力和抗变形能力,确保桥梁在地震作用下的稳定性。
四、桥梁抗震设计的实践案例1、国内某大型桥梁的抗震设计该桥梁位于地震多发区,设计过程中充分考虑了地震作用的特性和当地的地震风险。
长周期地震动参数与隔震结构响应参数的相关性研究
长周期地震动参数与隔震结构响应参数的相关性研究作者:张亮泉客金保来源:《地震研究》2022年第01期摘要:从Chi-Chi地震动数据中选取20条近场长周期地震记录和20条远场长周期地震记录,再从汶川地震渭河地震动数据中选取20条远场长周期地震记录作为输入,研究各个地震动记录相对应的地震动强度参数及其之间的相关性,筛选出了适合于长周期地震动的地震动强度指标,采用Pearson相关系数对筛选出的地震动强度指标与隔震体系的隔震层位移响应之间的相关性进行分析。
结果表明:①在近、远场长周期地震动作用下,中长周期隔震结构的隔震层位移响应与频谱特征参数的相关性比较好,在进行中长周期隔震结构的抗震性能研究时,PGD、Sdavg及DSI与隔震结构的相关性较好,地震动强度指标在集集近场建议选取PGD和Sdavg,集集远场建议选取DSI和D/V,渭河远场建议选取Sdavg和DSI;②在强相关范围内考虑相关性的高低,近场和远场的长周期地震动强度指标建议分别选取PGD和DSI。
关键词:隔震结构;近场;远场;长周期地震动;地震动强度指标中图分类号:P315.923 文献标识码:A 文章编号:1000-0666(2022)01-0017-09doi:10.20015/ki.ISSN1000-0666.2022.00030 引言伴随地震产生的地面震动对建筑结构的作用是以惯性力形式施加的。
与静力荷载不一样的是,地震会产生地面运动,作用在结构上会产生大小及方向上的变化。
地震所引起的地震动会受震源的远近、传播路径、场地条件等影响,因此同一地震在不同的地点地震动一般不同,地震动具有复杂性和不规则性。
即使是峰值加速度相同的地震动,也会对结构产生不同的作用效果。
如何更准确地描述地震动,一直是地震工程学中的难题。
科研人员经过不断地研究分析,提出用不同的参数来描述地震动的特性,并先后总结出40多种地震动参数,针对不同情况来更准确地描述地震动,但每个地震动参数只能描述地震动的一个或者部分特征。
桥梁结构地震响应与减振隔震控制优化设计
桥梁结构地震响应与减振隔震控制优化设计地震是一种自然灾害,常常给人们的生命财产安全带来巨大的威胁。
桥梁作为交通运输的重要组成部分,其抗震性能至关重要。
本文将介绍桥梁结构在地震中的响应特点,并探讨减振隔震控制在桥梁抗震优化设计中的应用。
1.桥梁结构地震响应特点桥梁结构在地震中的响应主要包括以下几个方面。
1.1 基底地震动输入地震动是指地震能量以波动形式传递的现象,它对桥梁结构的抗震反应起着重要作用。
基底地震动输入可以通过地震动记录进行模拟或计算。
1.2 结构动力响应桥梁结构地震响应的一个重要特点是结构的振动。
地震作用下,桥梁结构会发生从静力平衡转变为动力平衡的过程,产生位移、速度和加速度等动力响应。
1.3 桥梁结构应力与变形地震作用下,桥梁结构产生的应力和变形也是重要的响应特点。
应力过大可能导致构件破坏,变形过大可能导致桥梁失效。
2.减振隔震控制在桥梁抗震优化设计中的应用减振隔震控制是桥梁抗震设计的重要手段之一,通过降低桥梁结构的地震响应,提高其抗震性能。
2.1 减振控制减振控制是通过减小桥梁结构自身的振动能量,来降低地震作用下的动力响应。
常见的减振控制方法包括质量减振、摩擦减振和液体阻尼减振等。
2.2 隔震控制隔震控制是通过设置隔震系统,将桥梁结构与地面隔离,减小地震动对桥梁的传递,从而达到降低动力响应的目的。
常见的隔震技术包括橡胶隔震、液体隔震和摩擦隔震等。
2.3 控制优化设计通过对减振隔震控制的组合应用,可以进一步优化桥梁的抗震性能。
通过对桥梁结构的动力响应进行仿真分析和优化设计,可以选择合适的减振隔震控制方案,提高桥梁的抗震性能。
3.桥梁抗震优化设计实例以下是一个桥梁抗震优化设计的实例。
在地震动输入模拟中,采用某地某方向的地震动记录进行模拟,得到基底地震动输入。
通过有限元软件对桥梁结构进行动力分析,得到桥梁结构在地震中的动力响应。
在减振控制方面,结合桥梁结构的特点和施工条件,选择了某种减振器件进行应用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
体分析时 , 采用屈服前刚度 , 硬化 比 和屈服强度 F 作为铅芯橡胶支座 的力学控制参数 , 将非线性模型
简化为双线性模型进行计算. 本 文选 用 的隔 震支 座为 广东 宇泰 减震 科技 有 限
公 司成 品支 座 , 力学性 能 见表 1 其 .
图 2 铅芯橡胶支座双线性滞回模型
1 L B数学模型 R
铅芯橡 胶 支 座 ( edRu brB aig L B) L a b e er , R 是 n
目 前桥梁减隔震设计中应用 比较多的一种减隔震支 座, 对大量的实验进行分析统计分析后可知 , 其滞 回 曲线一般为梭形 , 图形呈现反对称 , 如图 1 所示L. 2 ]
第 3 O卷 第 6期 21 0 1年 1 2月
兰
州 交
通
大. 0 No 6 13 . De . 0 1 c 2 1
Jun [ fL n h uJatn ies y o r a o a zo i o gUnv ri o t
文 章 编 号 :0 14 7 ( 0 10 —0 6O 1 0 —33 2 1 )60 1一4
值速度 之比) 代表频谱特性 选取 了 8条地震波 , 计算分析 了不同地震动作用 下隔震桥 梁模 型 的地震反应. 计算结果 表明 : 随着 P A/ OV的增大, G P 隔震桥 梁地震响应 总体上 呈下降趋 势 , P A/ GV对结构的影响还 受结构 自振周 但 G P
期、 支座初 始刚度 的影响 , 实际设计 中应综合考虑.
和 分别
Q ,
为铅芯橡胶支座在 -方向和Y方向的相对位移 ; 为 z 叩
屈服后刚度与屈服前刚度的比值 ; y F 为铅芯橡胶支 座的屈 服 强度 , 应于 图 2中 的 . 对 此外 , 2中 k 图
为支座 屈 服后 刚 度 , 为 支 座 等 效 线 性 刚 度 . k 具
一
隔震桥 梁进 行 动力 分 析 时 , 地震 动 是 一 个 非 常 重 要
∞、
一
l ,
/
/d
。
的因素, 主要包括频谱 特性 、 峰值加 速度及持续 时 间, 目前就地震波频谱特性对隔震桥梁的研究较少.
为此 , 本文 主要 就 地震 动频 谱 特性 对 隔震 桥 梁 地 震 响应 的影 响进 行讨 论 , 以期 为 隔震 桥梁 设 计 提 供 依
地 震 动 特 性 对 隔震 桥 梁 地 震 响 应 的 影 响
张 国奇 , 虞 庐松 , 万旭升
( 兰州交通大学 土木工程学院 , 甘肃 兰州 7 0 7 ) 3 0 0
摘
要: 为分析地震频谱特性及 隔震 支座参数对 隔震 结构地震响应 的影 响, P A/ GV 地 震动峰值加 速度与峰 以 G P (
一
合 以下关系 :
般情 况 下 , 准确地 按照 实验 所 得 结 果建 立 滞
嘲一 [
[ 至 ]
[
卜
回模 型 十分 困难 , 为简 化起见 , 据滞 回 曲线 中曲线 根
收 稿 日期 :0 卜O一5 2 1 7l
作者简介 : 国奇( 9 6)男 , 肃武威人 , 张 18 一, 硕士生
2 L RB隔震桥梁有 限元模型
本文选取算例为一跨径为 4 5 m+ 5 0m十4 5m 的钢箱梁 , 桥宽 1. 主梁钢材选用 Gr e , 14 m, a 3实腹 d
式 圆形桥 墩 及 横 向联 系梁 采用 C 0混凝 土. 略钢 3 忽
束刚度对桥梁动力性能的影响, 不考虑桩土作用 , 基
第 6期
张国奇等 ; 地震动特 性对 隔震桥梁地震响应的影响
1 7
式中 : h和 F Fr b分别为铅芯橡胶支座5方向和 Y方 r 向的恢复力 ; 和z 分别为 方 向和 方向的滞回 y
位 移 C为铅 芯橡 胶支 座 的黏滞 阻尼 ; 铅 : k 为 芑橡胶
,
支座的初始刚度 , 对应于图 2中的 志
F g 2 Bi n a y tr ssmo e fla u b rb a i g i. l e rh seei i d lo d r b e e r n e
表 1 隔 震 支 座 的 力 学 性 能
Ta .1 Pr pe te ft e ioat b o ris o h s l or
关键词 : 梁 ; 桥 隔震 支座 ; 谱 特 性 ; G P 频 P A/ GV 中图分类号 : TU3 2 1 5. 文献标志码 : A
0 引言
结构隔震就是隔离地震对结构 的作用 , 其基本 思 想是将 整 个结 构 或其 局 部 安 置在 隔震 支 座 上 , 或 者安置在起隔震作用的地基或基础上, 通过隔震层 装 置 的有效 工作 , 限制 和 减 少地 震 波 向上 部 结 构 的 输入 , 并控制上部结构地震作用效应和隔震 部位的 变形 , 从而减少结构的地震响应 , 提高结构 的抗震安 全性L . 1 采用隔震支座对桥梁进行隔震设计 , 以在 ] 可 地震时有效控制桥梁地震力 和位移 , 以使桥梁结 可 构在经历强震后 , 仍能满足桥梁安全和功能要求. 对
据.
图 1 铅 芯 橡 胶 支座 滞 回 曲线
F g 1 Hy tr ssCl fla u b rb a i g i. se e i l ̄e o d r b e e r n l e
正 反 向加载 时的初 始 刚度 与 卸载 时的 刚度基本 平行
以及正反 向屈 服后 刚 度 也基 本 互 相 平行 的特 性 , 将 支 座 的滞 回曲线简 化 为 双线 性 曲线.目前 研 究 中 广 泛 采用 的铅 芯橡胶 支 座双 向恢 复 力 ——一 移 滞 回 位 模 型是 P r ak等人 于 18 年 提 出的理论模 型 ( 2 . 96 图 ) 该 模 型 中铅 芯橡胶 支 座 方 向 和 Y方 向 的恢 复力符