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考虑基础—结构相互作用的长多跨桥的地震响应研究

马青青  
【摘要】:桥梁是交通工程的重要组成部分,其抗震性能对线路的安全运营和抗震救灾工作具有重要的影响,在近年发生的大地震中,许多桥梁出现损毁的现象,造成了直接经济损失,也影响了震后救灾。对于长多跨简支梁桥,在强震作用下,除了梁和墩的直接破坏外,还有大量桥梁的失效是由于梁端过大相对位移所导致的碰撞和落梁等引起的。为了考虑梁端的相对位移,进行抗震分析时,需要综合考虑梁跨间的耦联效应、桩—土动力相互作用、地震波的行波效应及地震频谱特性等的影响。本文针对具有大量跨数(如青藏铁路清水河桥超过1000跨)的多跨桥,研究考虑桥跨耦联作用的简便计算方法,并在此基础上分析长多跨桥梁的地震响应规律。主要完成的工作和相关结论如下:1、基于桥梁地震响应状态的传递原理,提出了适用于长多跨桥梁地震响应的传递矩阵。以桥墩及其上两侧各半跨结构为计算单元,首先建立地震作用下长多跨简支梁桥的力学分析模型,然后由桥墩和两侧各半结构构成离散的计算单元体,通过建立计算单元两端横桥向的动力响应状态向量,提出了一种关于求解多点激励下长多跨简支梁桥地震响应的传递矩阵算法,且该算法可用于计算任意跨数简支梁桥的横桥向和顺桥向地震响应。并且通过与数值计算的结果进行对比,证明了本文提出方法的可靠性。2、基于所推导的传递矩阵法算法,编写了计算程序,在考虑桩土相互作用的影响下,研究了在不同结构参数时,地震波类型和场地土刚度对长多跨简支梁桥最大地震响应的影响。结果表明,长多跨简支梁桥地震响应随跨长、墩高等结构参数的变化而变化,且当场地土刚度不同时,这种变化规律基本相同;仅依靠增加支座刚度来降低梁墩间相对位移的效果是有限的;低频成分丰富的地震波对横桥向地震响应的影响较大。3、研究了长多跨简支梁桥桥跨之间的耦联效应长度及其与地震波波长之间的关系。通过分析不同波长时长多跨简支梁桥的地震响应,发现在传播一段距离后,桥梁最大地震响应出现了类似循环的现象。因此,在抗震分析时,可以通过计算该段距离内的桥梁最大地震响应来实现整体桥梁结构最大地震响应的估算。从本文桥梁实例的计算结果来看,对于长多跨简支梁桥的最大地震响应的计算距离为1500m或五个地震波波长。4、通过分析多跨模型和单跨模型下的多跨简支梁桥的地震响应,研究了采用单跨模型计算地震响应的可行性。结果表明,忽略行波效应的影响时,采用单跨模型计算的墩底内力偏大,而相对位移则偏小,在进行抗震设计时可能会低估梁间碰撞和落梁的危险;且对于单跨模型,行波效应对地震响应的影响并不大。


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