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铁路减隔震桥梁地震反应分析及易损性研究

王炎  
【摘要】:近年来,我国高速铁路和客运专线建设迅速发展,一些新型的减隔震支座已逐渐应用在铁路高墩简支梁桥中。但目前采用新型减隔震支座的类似铁路桥梁还未得到强震充分检验,理论研究也不充分。本文结合我国在建的铁路客运专线上两座采用不同减隔震支座的32m简支梁桥为背景,对铁路减隔震桥梁的抗震设计理论、抗震性能以及地震易损性进行了系统的研究。论文的主要工作和取得的成果有: 1、采用ABAQUS建立了E型钢阻尼支座阻尼元件的非线性实体模型,详细分析了E型钢阻尼器的屈服强度对其耗能特性的影响,在此基础上给出了该支座简化的三直线力学模型;采用纤维模型计算了钢轨横桥向变形的M-φ曲线,并提出了钢轨的双直线简化力学模型;针对铁路减隔震桥梁地震反应的特点,建立了考虑轨道约束的线桥一体化非线性有限元计算模型,探讨了轨道约束对结构动力特性的影响,并讨论了合理的非线性有限元计算模型; 2、以高速铁路客运专线上两座采用不同减隔震装置的高墩简支桥梁为对象,通过数值模拟研究了轨道约束对铁路减隔震桥梁地震反应的影响,并进一步分析了道床阻力系数等参数对结构地震反应的影响规律;研究了地震作用下轨道横向弯曲与残余变形的特征,为铁路减隔震桥梁抗震设计时是否考虑轨道约束作用提供参考; 3、以我国高速铁路客运专线上采用E型钢阻尼支座的高墩简支梁桥为对象,通过改变桥墩高度建立了40个不同动力性能的桥梁计算模型,并从PEER强震数据库中选取相似场地的20条历史地震动进行地震时程反应分析,探讨了结构动力特性的铁路减隔震简支梁桥地震反应规律,以及轨道约束对不同结构形式的桥梁地震反应的影响; 4、结合近场地震作用的特点,采用三角函数模拟近场地震动的速度脉冲,并以此为地震动输入,研究了近场地震和不同脉冲参数对采用E型钢阻尼支座的铁路隔震简支梁桥的地震反应及减震效果的影响。用改进的碰撞分析模型模拟了摩擦摆式支座的限位装置在近场地震动作用下支座内壁的碰撞响应,讨论支座内壁碰撞效应对结构地震反应的影响,并提出支座内设置缓冲装置的方案来减小地震碰撞效应。 5、以高速铁路客运专线上采用E型钢阻尼支座的高墩简支梁桥为对象,建立了考虑轨道约束的线桥一体化计算模型,根据桥梁场地类型从PEER强震数据库中选取100条类似场地地震动来模拟地震的不确定性,对结构进行非线性时程反应分析。通过定义各构件的极限破坏状态,采用传统可靠度概率的方法形成了减隔震支座以及桥墩顺桥向和横桥向的易损性曲线,在此基础上,对比分析各构件地震易损性并从地震易损性分析的角度评估铁路减隔震桥梁的抗震性能。


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