桥梁结构抗震分析与地震保护

目录
前言
第1章 地震动特性及输入问题 1
1.1 地震动随机过程 1
1.1.1 地震动随机过程描述 1
1.1.2 地震动随机过程模型 3
1.2 地震动的工程特性 5
1.2.1 地震动幅值 5
1.2.2 地震动频谱 7
1.2.3 地震动持时 9
1.3 地震动的空间变化性 9
1.3.1 不相干效应 9
1.3.2 行波效应 10
1.3.3 衰减效应 11
1.3.4 局部场地效应 11
1.4 地震动的近断层效应 11
1.4.1 上盘效应 12
1.4.2 速度大脉冲 12
1.4.3 竖向效应 13
1.5 地震动的合成 14
1.5.1 人工合成地震动的一般方法 14
1.5.2 空间变化地震动的合成方法 17
1.5.3 近断层脉冲型地震动合成 22
1.6 地震动输人问题 28
1.6.1 天然地震动记录的选择 28
1.6.2 地震动的输入方式 31
1.6.3 最不利输入角度 31
参考文献 32
第2章 桥梁结构弹性地震反应分析方法 36
2.1 单自由度弹性体系地震反应分析 36
2.1.1 运动方程 36
2.1.2 自由振动 37
2.1.3 强迫振动 37
2.2 单自由度弹性体系反应谱分析 39
2.2.1 地震作用基本表达式 39
2.2.2 地震反应谱 39
2.2.3 标准反应谱 40
2.2.4 设计反应谱 40
2.3 多自由度体系运动方程 42
2.3.1 一致激励运动方程 42
2.3.2 多点激励运动方程 43
2.4 多自由度体系反应谱法 44
2.4.1 自振频率和振型 44
2.4.2 振型分解法 45
2.4.3 振型分解反应谱法 46
2.5 多点激励下斜拉桥弹性地震反应算例 48
参考文献 53
第3章 桥梁主要构件非线性分析模型 54
3.1 上部结构 54
3.1.1 桥面系类型、截面布置和属性 56
3.1.2 斜交及曲线桥 56
3.1.3 预应力的影响 58
3.2 桥梁支座 58
3.2.1 板式橡胶支座 58
3.2.2 盆式橡胶支座 60
3.2.3 钢支座 61
3.2.4 支座模型的重要性及对桥梁抗震评价的作用 62
3.3 桥梁挡块 62
3.3.1 试验研究 64
3.3.2 桥梁内挡块性能和分析模型 67
3.3.3 桥梁外挡块性能和分析模型 75
3.3.4 挡块模型的重要性及对桥梁抗震评价的作用 85
3.4 桥梁碰撞模型 86
3.4.1 刚体力学法 86
3.4.2 接触单元法 87
3.5 桥台-回填土体系 91
3.5.1 失效机理 91
3.5.2 非线性力位移能力 92
3.5.3 简化公式在抗震分析中的应用 95
参考文献 99
第4章 RC桥墩非线性分析模型 101
4.1 常见桥墩非线性分析模型 101
4.1.1 构件恢复力模型 101
4.1.2 等效塑性铰模型 106
4.1.3 纤维梁柱单元模型 111
4.1.4 精细有限元模型 112
4.2 复杂受力下桥墩分析模型 114
4.2.1 弯剪耦合分析模型 114
4.2.2 桥墩压弯扭模型 122
4.2.3 双轴压弯下RC空心墩分析模型 132
4.2.4 FRP约束RC桥墩 139
4.2.5 节段拼装桥墩 149
4.2.6 RC桥墩统一滞回模型 156
参考文献 162
第5章 土-基础-桥梁结构相互作用 168
5.1 自由场地反应分析 168
5.1.1 维波动和地面反应分析 169
5.1.2 时域二维或三维动力反应分析 171
5.2 土-结构动力相互作用 172
5.2.1 边界问题和实际问题简化方法 173
5.2.2 直接方法 175
5.2.3 子结构分析方法 176
5.2.4 等效弹簧-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 动力p-y（q-z和t-z）曲线法 184
5.4 规范方法 189
5.4.1 m法 189
5.4.2 p-y曲线法 189
5.5 地基阻抗力的时域计算方法 190
5.5.1 稳定条件 190
5.5.2 虚拟力问题 193
5.5.3 实例分析 194
5.6 考虑SSI的桥梁非线性地震反应分析算例 196
5.6.1 采用静力p-y法的斜交桥地震反应 196
5.6.2 采用动力p-y法的斜拉桥地震反应 199
参考文献 204
第6章 桥梁地震反应非线性分析方法 206
6.1 弹塑性静力分析方法 206
6.1.1 基本原理 206
6.1.2 建立能力曲线 207
6.1.3 能力谱方法 210
6.1.4 N2方法 214
6.1.5 多跨曲线桥推覆分析算例 215
6.2 非线性时程分析法 217
6.2.1 基本原理 217
6.2.2 双柱式桥墩连续梁桥时程分析算例 219
6.2.3 增量动力分析法 223
6.2.4 增量动力分析算例 224
参考文献 228
第7章 直接基于位移的桥梁抗震设计方法 230
7.1 基于力的抗震设计方法存在的问题 230
7.2 直接基于位移的设计基本理论和方法 231
7.2.1 直接基于位移设计方法的基本理论 231
7.2.2 设计性能目标 232
7.2.3 目标位移及位移模式 234
7.2.4 P-△效应 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桥梁设计算例 238
7.3.1 四跨连续梁桥 238
7.3.2 RC拱桥 242
7.3.3 基础隔震斜拉桥 248
参考文献 251
第8章 空间地震动作用下桥梁随机反应 253
8.1 三维平稳激励下结构地震反应的虚拟激励法 253
8.2 虚拟激励法在通用有限元程序中的实现 254
8.2.1 大质量法求解结构动力方程 254
8.2.2 响应峰值的计算 255
8.2.3 虚拟激励的构造 256
8.3 算例分析 258
8.3.1 单自由度体系 258
8.3.2 多自由度体系 260
参考文献 263
第9章 基于多尺度有限元建模的桥梁地震倒塌分析 265
9. 1 多尺度单元界面耦合方法与实现 265
9.2 界面连接方法单柱式桥墩验证 267
9.2.1 拟静力分析 267
9.2.2 泊松比分析 269
9.2.3 模态分析 270
9.2.4 正弦时程分析 270
9.3 两跨简支梁桥地震反应数值试验验证 271
9.3.1 沙漏能 272
9.3.2 模态分析 272
9.3.3 支座反力对比 273
9.3.4 碰撞力对比 274
9.3.5 墩底反力对比 276
9.4 简支梁桥倒塌分析 277
9.4.1 桥梁与震害概况 277
9.4.2 地震动选取 278
9.4.3 计算结果分析 279
9.5 高墩大跨连续刚构梁桥倒塌分析 284
9.5.1 桥梁概現及有限元模型 284
9.5.2 桥梁地震倒塌分析 285
参考文献 287
第10章 桥梁地震保护装置 288
10.1 铅芯橡胶隔震支座 288
10.1.1 铅芯橡胶隔震支座的力学性能 289
10.1.2 铅芯橡胶隔震支座恢复力模型 294
10.2 高阻尼橡胶隔震支座 297
10.2.1 高阻尼橡胶隔震支座的性能 298
10.2.2 高阻尼橡胶隔震支座的力学模型 300
10.3 滑动摩擦隔震支座 301
10.3.1 聚四氟乙烯-不锈钢界面摩擦特性 301
10.3.2 平面摩擦型隔震支座 304
10.3.3 摩擦摆支座 305
10.3.4 双凹面摩擦摆支座 306
10.3.5 多重摩擦摆支座 307
10.3.6 抗拉拔桥梁摩擦隔震支座 309
10.3.7 界面热效应预测 310
10.4 三维隔震支座 314
10.4.1 三维隔震支座工作机理 314
10.4.2 三维隔震支座力学性能 315
10.5 隔震支座新进展 316
10.5.1 变曲率摩擦摆支座 316
10.5.2 Roll-N-Cage支座 317
10.6 金属阻尼器 319
10.6.1 菱形钢板阻尼器 320
10.6.2 宫格式阻尼器 321
10.6.3 铅芯钢管阻尼器 322
10.6.4 大行程板式铅阻尼器 323
10.7 防屈曲支撑 325
10.7.1 防屈曲支撑构造及工作机理 325
10.7.2 自复位防屈曲支撑 326
10.8 锁死销及防落梁装置 328
10.8.1 锁死销构造及力学性能 328
10.8.2 防落梁装置及工作机理 330
参考文献 331
第11章 减隔震桥梁地震反应分析方法 334
11.1 单自由度和多自由度分析方法 334
11.1.1 阻尼在减隔震桥梁结构中的作用 334
11.1.2 单自由度分析方法 336
11.1.3 多自由度分析方法 337
11.2 非线性时程分析方法 337
11.3 减隔震桥梁地震反应分析实例 338
11.3.1 铅芯橡胶支座连续梁桥 338
11.3.2 滑动摩擦支座隔震桥梁 341
11.4 附加阻尼装置的高架桥梁地震碰撞分析 349
11.4.1 高架桥梁的碰撞 349
11.4.2 附加阻尼器的减撞控制 351
参考文献 354
第12章 摇摆桥梁结构分析与抗震设计 356
12.1 摇摆桥梁体系概述 356
12.1.1 摇摆桥梁体系构造 356
12.1.2 摇摆桥墩力学机理 357
12.1.3 摇摆桥墩一般损伤过程和极限状态 358
12.2 摇摆桥墩分析方法 359
12.2.1 摇摆结构力学行为分析 359
12.2.2 摇摆桥墩分析计算方法 363
12.2.3 摇摆桥墩数值分析 367
12.3 摇摆桥墩抗震设计方法 373
12.4 摇摆桥墩抗震性能试验研究 374
12.4.1 单墩拟静力试验研究 374
12.4.2 双柱桥墩拟静力试验研究 376
12.4.3 单跨摇摆桥梁振动台试验研究 380
12.4.4 四跨摇摆桥梁振动台试验研究 386
12.5 摇摆桥梁工程应用 390
12.5.1 工程概况 390
12.5.2 设计标准和设计目标 391
12.5.3 设计与分析 392
12.5.4 施工与监测 394
参考文献 395
第13章