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双层四线铁路高低塔钢桁梁斜拉桥抗震研究

杨超华  
【摘要】:铁路运输在我国综合交通运输系统中有着重要地位。近几年随着高速铁路网的建设,大跨径斜拉桥在铁路中得到越来越多的运用。结构抗震计算和分析是桥梁设计的重要内容,抗震设计决定了桥梁抵抗地震的能力。在铁路和公路桥梁抗震规范中对于常规桥梁抗震有完善的计算理论和方法,而对于大跨径桥梁仅列出了抗震设计的要点和原则。针对铁路高低塔钢桁梁斜拉桥,本文论述了斜拉桥抗震概念设计方法,研究论证了该桥型合适的结构体系,分析了地震作用的影响因素,研究了罕遇地震的减隔震措施,并对三个地震水准进行抗震计算。主要内容包括以下几个方面:(1)基于依托工程重庆东环线铁路明月峡长江大桥,从整体结构抗震选型及抗震支承体系等方面,分析了铁路斜拉桥抗震概念设计方法。采用有限元软件Midas/civil建立依托工程整体杆系单元模型,分析几何非线性处理及成桥状态索力优化。(2)论述铁路斜拉桥的结构体系(支承体系、刚构体系、半漂浮体系)及其影响;考虑多遇地震荷载及制动力荷载作用下,分析三种结构体系铁路斜拉桥的内力和位移等响应,对比三者结构自振频率及振型的差异,提出铁路斜拉桥抗震结构体系建议。研究表明刚构体系对抗震不利,支承体系下构件内力和位移都有所降低,半漂浮体系不利于控制地震位移。(3)针对双层四线铁路高低塔钢桁梁斜拉桥特点,考虑非一致激励、行波效应影响、空间索面布置形式及非等高塔等多个因素,分析地震作用下主塔、主梁及支座等响应,揭示各因素对该类斜拉桥地震效应的影响规律。结果表明非一致激励及行波效应对大跨径桥梁抗震结果影响很大,索面布置形式对横向地震反应有影响,高低塔地震内力及位移差别较大。(4)基于依托工程,分析液体黏滞阻尼器参数敏感性,提出黏滞阻尼器减震理想参数,对比分析黏滞阻尼器和速度锁定器对铁路斜拉桥的减震效果。研究表明黏滞阻尼器能有效减小构件内力和位移,速度锁定器能部分减小构件内力和位移,黏滞阻尼器对该桥型减震效果要好。采用三种地震水平进行依托工程抗震计算,多遇地震下主塔及辅助墩在弹性范围内,设计地震下球钢支座满足承载力要求,罕遇地震在减隔震设计下塔柱基本保持弹性。


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