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自复位消能桥墩抗震性能研究

赵园园  
【摘要】:保障作为连接地震灾区和外界的重要建筑桥梁结构在地震下的结构安全以及震后性能良好对社会经济具有重要意义,而桥梁结构的抗震性能很大程度上取决于桥墩的抗震性能,所以提出一种抗震性能更加优越的抗震桥墩体系非常迫切。本文结合结构消能减震技术与基于性能的抗震思想,研究自复位消能桥墩的基本组成、受力机理、理论计算和有限元模拟技术。通过数值计算和模拟技术推导出自复位消能桥墩的各组件的参数对桥墩性能的影响并验证自复位消能桥墩的优越性。本文具体的研究工作有:(1)提出了自复位消能桥墩的概念,即由桥墩本身承重、预应力筋提供恢复力、阻尼器耗散地震能量、利用嵌合接头将桥墩铰接于基础可抵抗水平剪力。研究了消能装置阻尼器的类型、性能和恢复力模型,并通过对比最终选择低屈服点软钢阻尼器作为自复位消能桥墩的耗能组件。(2)由各组件的力学性能推导出自复位消能桥墩滞回曲线是旗帜型的,引用某工程实例通过理论数值分析推导出自复位消能桥墩在水平往复荷载下的滞回曲线,并设计不同阻尼器屈服力、初始刚度和布置位置以及预应力筋的初始张拉力和刚度得出其对自复位消能桥墩的力学性能影响。通过对比结果得出:阻尼器屈服力越大,桥墩滞回曲线越饱满;阻尼器的初始刚度对桥墩抗震性能影响不大;预应力筋的刚度越大,桥墩柱在摇摆过程中的刚度也越大;预应力初始张拉力越大,桥墩柱摇摆临界荷载越大;假设耗能全部由阻尼器提供,提出了桥墩的三步设计法。(3)在滞回性能模拟方面,基于sap2000平台建立自复位消能桥墩的多弹簧模型,提出用多线性弹性弹簧代替预应力筋,用弹塑性弹簧代替阻尼器的简化数值模拟方法,并对该模型进行pushover分析,推导验证各组件对桥墩的滞回性能的影响。基于该模型推导得阻尼器外置桥墩柱耗能最大,而数值计算结果得出阻尼器位置对桥墩柱滞回曲线基本没影响。其他组件参数的影响和数值计算结果一直。同时对自复位消能桥墩和传统桥墩进行非线性动力时程分析,研究两种桥墩在地震波下的抗震性能。结果表明自复位消能桥墩多弹簧模型地震作用下性能稳定,自复位消能桥墩的柱顶最大位移大于传统桥墩,残余位移是明显小于传统桥墩结构,震后性能良好。


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