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《天津大学》 2010年
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城市桥梁地震碰撞分析及抗震性能评估

周莉  
【摘要】:城市桥梁是城市交通网络的枢纽工程,建设成本高,一旦遭到地震破坏,不仅会导致严重的交通瘫痪和巨大的经济损失,而且其震后修复极其困难,因此,城市桥梁的抗震防灾问题日益受到学术界和工程界的高度重视。近代几次大地震表明,地震时桥梁大多因发生碰撞而引发破坏、落梁甚至坍塌等严重灾害。因此,本文系统开展城市桥梁地震碰撞分析及抗震性能评估,以期建立城市桥梁防碰撞设计与抗震性能评估方法,提高城市桥梁的抗震安全性,具有重要的理论意义和工程价值。主要创新工作与成果有: (1)地震作用下城市桥梁防邻梁碰撞临界安全距离的影响因素及计算方法研究。针对城市高架桥,采用基于随机振动理论和虚拟激励法,详细分析了分别考虑和同时考虑地震动空间差动效应和土-基础相互作用效应对防邻梁碰撞临界安全距离的影响;针对城市立交曲线桥,采用数值模拟试验,详细分析了不同地震动输入方向、曲率半径和邻梁周期比等对防邻梁碰撞临界安全距离的影响;从而建立了城市桥梁防邻梁碰撞临界安全距离的计算方法。 (2)地震作用下城市桥梁防墩梁碰撞临界安全距离的影响因素及计算方法研究。针对城市多层立交桥,将墩梁碰撞形式分为三类,第一类是上、下层均为直桥,第二类是下层为直桥、上层为曲线桥,第三类是上、下层均为曲线桥。通过数值模拟,详细分析了地震动输入方向、上下层结构斜交角度、曲线桥曲率半径以及上下层桥梁周期比等对防墩梁碰撞临界安全距离的影响,并通过回归分析给出了影响规律的数学表达式,从而建立了城市桥梁防墩梁碰撞临界安全距离的计算方法。 (3)强震作用下城市桥梁邻梁和墩梁碰撞响应分析及控制研究。以天津市快速路工程中的某大型立交桥为研究对象,详细分析了城市立交曲线梁桥在强震作用下的邻梁和墩梁碰撞响应及其特征以及地震动输入方向等对邻梁和墩梁碰撞响应的影响,同时分析了邻梁和墩梁碰撞对桥梁结构地震响应的影响以及在邻梁和墩梁碰撞部位安装粘滞阻尼器对碰撞响应的控制效果,从而建立了城市桥梁防地震碰撞设计方法。 (4)城市桥梁抗震性能评估方法研究。针对城市桥梁,详细分析了混凝土强度和配箍方式等对桥墩截面抗震性能的影响,提出了桥墩截面抗震性能评估计算公式;考虑桥墩与基础和上部结构的不同嵌固条件,详细分析了桥墩构件在不同烈度地震作用下的损伤等级,提出了桥墩构件抗震性能评估流程;应用增量动力分析方法,分析了桥梁结构整体抗震性能,提出了侧移比性能指标,分析了不同烈度地震作用下桥梁结构的失效概率,从而建立城市桥梁从桥墩截面、桥墩构件和桥梁结构三个层面上的抗震性能评估新方法。
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