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基于桩-土-结构共同作用的小半径曲线箱梁桥抗震性能分析

曹操  
【摘要】:曲线桥因独特的优美线形及良好的适应性而大量涌现在交通网络中。但曲线桥的不规则性,导致其在地震作用下内力分布更为复杂,震中更易损,历次震中损坏的桥梁使人胆战心惊。诸多专家、学者通过探究曲线桥的破坏原理及过程,提出过许多合理的抗震设计建议,一定程度上提高了桥梁结构的抗震性能。本文以某小半径曲线箱梁桥为工程背景进行地震作用下的响应分析,具体内容如下:(1)分析曲线桥曲率半径变化下考虑桩土结构相互作用与否的动力特性,结果表明:随曲率半径增大,无论是否考虑桩土作用,结构的基本频率都呈减小的趋势,但变化幅度并不明显,不考虑桩土作用时,频率变化幅度高达17.91%,而在考虑的情况下仅为7.45%;结构在考虑桩土相互作用后,其整体刚度降低,体系变柔;不同曲率半径的结构体系在考虑桩土作用后频率变化幅度趋势相同,基频受其影响最大,增幅接近60%,且曲率半径越小,其影响程度越大;曲率半径主要影响频率,桩土作用对结构振型影响较大。(2)基于反应谱理论,分析顺桥向、横桥向、顺桥向+竖向、横桥向+竖向四种激励方式下曲线桥考虑桩土作用的内力与位移,结果表明:顺桥向或横桥向激励下,曲线桥弯扭耦合作用导致垂直于激励方向有位移响应;竖向激励下曲线桥主梁及桥墩的横向位移比纵向位移大;桥墩更易发生横桥向激励下的横向剪切破坏。(3)基于反应谱理论,分析曲率半径、激励方向、支座约束方式、偏心距对曲线箱梁桥的影响,得到中间墩设置单向活动支座与墩梁固结组合的支承方式优于均为单向活动支座或均为墩梁固结的方式;此曲线桥的合理偏心距取外偏0.15m较为合适。(4)基于非线性动力弹塑性理论,利用与场地条件相符并调幅后的San Fernando地震波加速度时程曲线,对曲线箱梁桥进行罕遇地震作用下的时程分析,探讨其响应状态。结果表明:7度罕遇地震作用下,该曲线桥落梁风险较小,固定墩更易损,塑性铰出现在墩顶或墩底,考虑桩土作用的桥墩损伤更严重。(5)对比分析反应谱法与弹塑性法的计算结果差异,得到弹塑性法的计算结果大于反应谱法,顺桥向激励两者误差高达55.05%,横桥向激励两者误差高达28.34%,建议采用弹塑性法进行计算。


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