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下承式刚架系杆拱桥的抗震设计方法及试验研究

丁文胜  
【摘要】: 下承式刚架系杆拱桥是我国在系杆拱桥基础上发展起来的新桥式。它是由墩柱、拱肋、系杆、吊杆和桥面系梁板等协同工作的组合结构桥梁,以拱肋与墩柱刚结、系杆承受拱脚水平推力为主要受力特征。由于其具有良好的结构性能、优秀的跨越能力和方便的施工条件,在十几年的发展历程中,已建造了上百座,最大跨度达到280m,成为我国城市桥梁建设中的主要桥式之一,是城市交通生命线中的重要组成部分。 然而,目前在下承式刚架系杆拱桥的抗震设计和研究上仍存有许多问题,具体表现为:抗震设计规范滞后,现行的国内桥梁抗震规范在抗震设计思想和内容上都已不能满足工程设计的需要。对墩柱的抗震性能及其影响研究不足,在既有研究成果中,研究墩柱对下承式刚架系杆拱桥抗震性能影响的十分罕见,对低矮墩柱的抗震设计研究也十分缺乏。抗震手段单一,在无法采用减隔震支座的情况下,缺少对降低结构地震反应的技术措施研究。对伸缩缝两侧结构抗震性能的相互影响和结构在强余震作用下的抗震性能缺乏研究。 针对上述问题,本论文从两大方面对下承式刚架系杆拱桥的抗震性能进行理论和试验研究:一是对下承式刚架系杆拱桥的自身抗震性能进行研究。研究墩柱刚度对其动力特性的影响,寻求既能改善墩柱抗震性能又能降低结构地震反应的新型墩柱抗震设计方法,探索性地对强余震作用下结构的抗震性能进行分析研究。二是从整个线路的抗震性能出发,研究下承式刚架系杆拱桥与引桥间的纵向碰撞对结构抗震性能的影响。分析影响碰撞的主要因素,寻找减轻碰撞和避免落梁的技术措施。主要研究内容摘要如下: 1.下承式刚架系杆拱桥的动力特性及参数分析 分析下承式刚架系杆拱桥的自振频率及振型特点,讨论拱肋倾角、矢跨比、横撑刚度等上部结构参数对结构动力特性的影响。鉴于墩柱刚度是影响下承式刚架系杆拱桥动力特性的重要参数,文中重点研究墩柱刚度对下承式刚架系杆拱桥自振特性的影响,并总结出一些可用于结构抗震设计的规律性结论。 2.被动分肢墩的抗震设计思路及理论分析 在下承式刚架系杆拱桥中,墩柱的抗震性能是决定全桥抗震性能的一个关键因素。针对在低矮墩柱延性设计中面临的强度、刚度、延性和耗能难以统一协调的困难,从被动控制的抗震思想出发,提出一种具有多重抗震防线,能在地震中有效调整结构刚度,改善结构地震响应的新型墩柱—被动分肢墩的抗震设计方法;阐述被动分肢墩的结构组成和设计原则;分析被动分肢墩的延性并给出延性计算方法;分析被动分肢墩的受力机理,给出极限承载力的计算方法;利用反应谱法分析单自由度被动分肢墩的抗震性能。 3.采用被动分肢墩的刚架系杆拱桥抗震试验研究


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