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考虑碰撞效应的桥梁非线性地震反应特性研究

高玉峰  
【摘要】:本课题是在“抗震工程技术四川省重点实验室(西南交通大学)开放基金(SK200907)”资助下进行的。本文针对高烈度地震区的中小跨径高墩桥梁,对其考虑碰撞效应时的地震反应特性进行了研究,主要内容包括: 1、对有关桥梁结构地震碰撞问题的研究现状进行系统总结和回顾,包括桥梁地震碰撞震害实例调查、碰撞问题理论分析模型、桥梁碰撞反应发生机理及影响因素、碰撞对结构构件抗震能力的影响、防止碰撞发生的有效措施以及有关结构地震碰撞的试验研究等。 2、以西南山区高速公路常用的双柱式高墩桥梁为工程背景,建立了考虑支座与上下部结构耦联的空间动力分析模型,采用多振型反应谱分析方法,分别详细讨论了墩高变化、桩土作用、单联与多联模型、单联不同跨数、单联与单墩模型以及地形条件(不同地面纵向及横向坡度)等参数对地震响应结果的影响程度与规律。 3、针对中小跨径桥梁结构的特点,详细讨论考虑相邻桥跨结构发生地震碰撞时的合理计算模型建立问题,讨论模型中各构件的合理模拟方法及其对分析结果的影响,主要包括:不同支座特性对桥梁抗震性能的影响;不同墩柱单元类型的选择及评价;桥台刚度对桥跨结构整体响应的影响;桩-土作用的影响;伸缩缝处相邻桥跨碰撞作用的模拟;限位器及剪力键等防落梁措施的考虑。 4、以西南山区线路中常用的双柱式高墩桥梁为研究对象,建立典型桥跨结构的空间动力分析模型,采用非线性动力时程分析方法,详细研究考虑地震碰撞效应时桥梁结构的地震响应特性,并探讨了碰撞接触单元刚度取值、间隙宽度、桥台刚度、支座滑动性能以及墩柱弹塑性性能等非线性因素的影响。 5、对高墩长跨简支梁桥及连续梁桥在地震动行波输入情况下的碰撞响应特性进行了分析研究。探讨了不同的缆索限位装置布置形式及限位器设计参数(如松弛长度、刚度和净长度)对桥梁地震反应性能的影响。 6、文章最后以西部山区某实际建造的十跨非规则高墩梁桥为例,考虑梁间碰撞效应、支座滑动性能、桥台刚度以及墩柱弹塑性等各种非线性因素,采用时程分析法对桥梁的地震反应特性进行详细分析研究,并对其抗震性能做出综合评价。


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