橋梁結構抗震分析與地震保護

目錄
前言
第1章 地震動特性及輸入問題 1
1.1 地震動隨機過程 1
1.1.1 地震動隨機過程描述 1
1.1.2 地震動隨機過程模型 3
1.2 地震動的工程特性 5
1.2.1 地震動幅值 5
1.2.2 地震動頻譜 7
1.2.3 地震動持時 9
1.3 地震動的空間變化性 9
1.3.1 不相干效應 9
1.3.2 行波效應 10
1.3.3 衰減效應 11
1.3.4 局部場地效應 11
1.4 地震動的近斷層效應 11
1.4.1 上盤效應 12
1.4.2 速度大脈沖 12
1.4.3 豎向效應 13
1.5 地震動的合成 14
1.5.1 人工合成地震動的一般方法 14
1.5.2 空間變化地震動的合成方法 17
1.5.3 近斷層脈沖型地震動合成 22
1.6 地震動輸人問題 28
1.6.1 天然地震動記錄的選擇 28
1.6.2 地震動的輸入方式 31
1.6.3 最不利輸入角度 31
參考文獻 32
第2章 橋梁結構彈性地震反應分析方法 36
2.1 單自由度彈性體系地震反應分析 36
2.1.1 運動方程 36
2.1.2 自由振動 37
2.1.3 強迫振動 37
2.2 單自由度彈性體系反應譜分析 39
2.2.1 地震作用基本表達式 39
2.2.2 地震反應譜 39
2.2.3 標準反應譜 40
2.2.4 設計反應譜 40
2.3 多自由度體系運動方程 42
2.3.1 一致激勵運動方程 42
2.3.2 多點激勵運動方程 43
2.4 多自由度體系反應譜法 44
2.4.1 自振頻率和振型 44
2.4.2 振型分解法 45
2.4.3 振型分解反應譜法 46
2.5 多點激勵下斜拉橋彈性地震反應算例 48
參考文獻 53
第3章 橋梁主要構件非線性分析模型 54
3.1 上部結構 54
3.1.1 橋面系類型、截面布置和屬性 56
3.1.2 斜交及曲線橋 56
3.1.3 預應力的影響 58
3.2 橋梁支座 58
3.2.1 板式橡膠支座 58
3.2.2 盆式橡膠支座 60
3.2.3 鋼支座 61
3.2.4 支座模型的重要性及對橋梁抗震評價的作用 62
3.3 橋梁擋塊 62
3.3.1 試驗研究 64
3.3.2 橋梁內(nèi)擋塊性能和分析模型 67
3.3.3 橋梁外擋塊性能和分析模型 75
3.3.4 擋塊模型的重要性及對橋梁抗震評價的作用 85
3.4 橋梁碰撞模型 86
3.4.1 剛體力學法 86
3.4.2 接觸單元法 87
3.5 橋臺-回填土體系 91
3.5.1 失效機理 91
3.5.2 非線性力位移能力 92
3.5.3 簡化公式在抗震分析中的應用 95
參考文獻 99
第4章 RC橋墩非線性分析模型 101
4.1 常見橋墩非線性分析模型 101
4.1.1 構件恢復力模型 101
4.1.2 等效塑性鉸模型 106
4.1.3 纖維梁柱單元模型 111
4.1.4 精細有限元模型 112
4.2 復雜受力下橋墩分析模型 114
4.2.1 彎剪耦合分析模型 114
4.2.2 橋墩壓彎扭模型 122
4.2.3 雙軸壓彎下RC空心墩分析模型 132
4.2.4 FRP約束RC橋墩 139
4.2.5 節(jié)段拼裝橋墩 149
4.2.6 RC橋墩統(tǒng)一滯回模型 156
參考文獻 162
第5章 土-基礎-橋梁結構相互作用 168
5.1 自由場地反應分析 168
5.1.1 維波動和地面反應分析 169
5.1.2 時域二維或三維動力反應分析 171
5.2 土-結構動力相互作用 172
5.2.1 邊界問題和實際問題簡化方法 173
5.2.2 直接方法 175
5.2.3 子結構分析方法 176
5.2.4 等效彈簧-阻尼分析方法 179
5.3 Winkler地基梁法 181
5.3.1 Matlock模型 181
5.3.2 Penzien模型 183
5.3.3 動力p-y（q-z和t-z）曲線法 184
5.4 規(guī)范方法 189
5.4.1 m法 189
5.4.2 p-y曲線法 189
5.5 地基阻抗力的時域計算方法 190
5.5.1 穩(wěn)定條件 190
5.5.2 虛擬力問題 193
5.5.3 實例分析 194
5.6 考慮SSI的橋梁非線性地震反應分析算例 196
5.6.1 采用靜力p-y法的斜交橋地震反應 196
5.6.2 采用動力p-y法的斜拉橋地震反應 199
參考文獻 204
第6章 橋梁地震反應非線性分析方法 206
6.1 彈塑性靜力分析方法 206
6.1.1 基本原理 206
6.1.2 建立能力曲線 207
6.1.3 能力譜方法 210
6.1.4 N2方法 214
6.1.5 多跨曲線橋推覆分析算例 215
6.2 非線性時程分析法 217
6.2.1 基本原理 217
6.2.2 雙柱式橋墩連續(xù)梁橋時程分析算例 219
6.2.3 增量動力分析法 223
6.2.4 增量動力分析算例 224
參考文獻 228
第7章 直接基于位移的橋梁抗震設計方法 230
7.1 基于力的抗震設計方法存在的問題 230
7.2 直接基于位移的設計基本理論和方法 231
7.2.1 直接基于位移設計方法的基本理論 231
7.2.2 設計性能目標 232
7.2.3 目標位移及位移模式 234
7.2.4 P-△效應 236
7.2.5 直接基于位移方法的基本流程 237
7.3 直接基于位移方法的橋梁設計算例 238
7.3.1 四跨連續(xù)梁橋 238
7.3.2 RC拱橋 242
7.3.3 基礎隔震斜拉橋 248
參考文獻 251
第8章 空間地震動作用下橋梁隨機反應 253
8.1 三維平穩(wěn)激勵下結構地震反應的虛擬激勵法 253
8.2 虛擬激勵法在通用有限元程序中的實現(xiàn) 254
8.2.1 大質(zhì)量法求解結構動力方程 254
8.2.2 響應峰值的計算 255
8.2.3 虛擬激勵的構造 256
8.3 算例分析 258
8.3.1 單自由度體系 258
8.3.2 多自由度體系 260
參考文獻 263
第9章 基于多尺度有限元建模的橋梁地震倒塌分析 265
9. 1 多尺度單元界面耦合方法與實現(xiàn) 265
9.2 界面連接方法單柱式橋墩驗證 267
9.2.1 擬靜力分析 267
9.2.2 泊松比分析 269
9.2.3 模態(tài)分析 270
9.2.4 正弦時程分析 270
9.3 兩跨簡支梁橋地震反應數(shù)值試驗驗證 271
9.3.1 沙漏能 272
9.3.2 模態(tài)分析 272
9.3.3 支座反力對比 273
9.3.4 碰撞力對比 274
9.3.5 墩底反力對比 276
9.4 簡支梁橋倒塌分析 277
9.4.1 橋梁與震害概況 277
9.4.2 地震動選取 278
9.4.3 計算結果分析 279
9.5 高墩大跨連續(xù)剛構梁橋倒塌分析 284
9.5.1 橋梁概現(xiàn)及有限元模型 284
9.5.2 橋梁地震倒塌分析 285
參考文獻 287
第10章 橋梁地震保護裝置 288
10.1 鉛芯橡膠隔震支座 288
10.1.1 鉛芯橡膠隔震支座的力學性能 289
10.1.2 鉛芯橡膠隔震支座恢復力模型 294
10.2 高阻尼橡膠隔震支座 297
10.2.1 高阻尼橡膠隔震支座的性能 298
10.2.2 高阻尼橡膠隔震支座的力學模型 300
10.3 滑動摩擦隔震支座 301
10.3.1 聚四氟乙烯-不銹鋼界面摩擦特性 301
10.3.2 平面摩擦型隔震支座 304
10.3.3 摩擦擺支座 305
10.3.4 雙凹面摩擦擺支座 306
10.3.5 多重摩擦擺支座 307
10.3.6 抗拉拔橋梁摩擦隔震支座 309
10.3.7 界面熱效應預測 310
10.4 三維隔震支座 314
10.4.1 三維隔震支座工作機理 314
10.4.2 三維隔震支座力學性能 315
10.5 隔震支座新進展 316
10.5.1 變曲率摩擦擺支座 316
10.5.2 Roll-N-Cage支座 317
10.6 金屬阻尼器 319
10.6.1 菱形鋼板阻尼器 320
10.6.2 宮格式阻尼器 321
10.6.3 鉛芯鋼管阻尼器 322
10.6.4 大行程板式鉛阻尼器 323
10.7 防屈曲支撐 325
10.7.1 防屈曲支撐構造及工作機理 325
10.7.2 自復位防屈曲支撐 326
10.8 鎖死銷及防落梁裝置 328
10.8.1 鎖死銷構造及力學性能 328
10.8.2 防落梁裝置及工作機理 330
參考文獻 331
第11章 減隔震橋梁地震反應分析方法 334
11.1 單自由度和多自由度分析方法 334
11.1.1 阻尼在減隔震橋梁結構中的作用 334
11.1.2 單自由度分析方法 336
11.1.3 多自由度分析方法 337
11.2 非線性時程分析方法 337
11.3 減隔震橋梁地震反應分析實例 338
11.3.1 鉛芯橡膠支座連續(xù)梁橋 338
11.3.2 滑動摩擦支座隔震橋梁 341
11.4 附加阻尼裝置的高架橋梁地震碰撞分析 349
11.4.1 高架橋梁的碰撞 349
11.4.2 附加阻尼器的減撞控制 351
參考文獻 354
第12章 搖擺橋梁結構分析與抗震設計 356
12.1 搖擺橋梁體系概述 356
12.1.1 搖擺橋梁體系構造 356
12.1.2 搖擺橋墩力學機理 357
12.1.3 搖擺橋墩一般損傷過程和極限狀態(tài) 358
12.2 搖擺橋墩分析方法 359
12.2.1 搖擺結構力學行為分析 359
12.2.2 搖擺橋墩分析計算方法 363
12.2.3 搖擺橋墩數(shù)值分析 367
12.3 搖擺橋墩抗震設計方法 373
12.4 搖擺橋墩抗震性能試驗研究 374
12.4.1 單墩擬靜力試驗研究 374
12.4.2 雙柱橋墩擬靜力試驗研究 376
12.4.3 單跨搖擺橋梁振動臺試驗研究 380
12.4.4 四跨搖擺橋梁振動臺試驗研究 386
12.5 搖擺橋梁工程應用 390
12.5.1 工程概況 390
12.5.2 設計標準和設計目標 391
12.5.3 設計與分析 392
12.5.4 施工與監(jiān)測 394
參考文獻 395
第13章