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连续梁桥是目前采用最多的桥型之一,它们之中,相当一部分为非规则梁桥。非规则梁桥的地震反应复杂,也相对较容易发生地震破坏,需要进行基于位移的简化抗震设计,来降低此类桥梁的地震破坏风险。
连续梁桥之中,除了规则梁桥(其定义需要满足比较苛刻的条件)之外,便是非规则梁桥。非规则梁桥实质上包含了规模庞大的多种连续梁桥,它们的地震反应特点并不相同,寻找通用的基于位移的简化抗震设计方法,则比较困难。本文从另一种思路出发,根据不同非规则梁桥的特点,首先将非规则梁桥分为不同的种类,然后对每一类非规则梁桥单独研究,确定合适的基于位移的简化抗震设计方法。本文正是在这一思路的前提下,针对结构地震反应特点类似、同时比较常见的一类非规则梁桥,通过采用理论分析和有限元程序计算方法,对此类桥梁横桥向的抗震设计展开研究,研究重点在于抗震设计过程中的地震位移需求的简化预计。
本文首先将这类非规则梁桥定义为本文的研究对象--典型非规则梁桥;然后研究了此类桥梁的地震反应特点,确定了它们的地震反应缺陷;接着进行了概念设计分析,建议了几种改进措施来改善此类桥梁的地震反应缺陷;最后研究了如何简化预计非规则梁桥的地震位移需求的3种方法,并提出了相应的基于位移的简化抗震设计过程。主要得到以下结论:
(1)非规则梁桥的地震损伤总是向低墩集中,如何防止低墩破坏是非规则梁桥抗震设计的关键。
(2)通过合理地改变结构体系的构造措施,可以有效改善非规则梁桥的抗震性能:①桥台处采用双向滑动摩擦支座和弹塑性挡块,通过调节弹塑性挡块的屈服力大小,可以控制桥台的地震内力大小,防止桥台破坏,同时控制连续梁桥的地震位移反应,减小桥墩在地震下的损伤;②在低墩处采用减隔震支座,可以有效减小低墩的地震损伤;③在低墩处设置相对柔性支座,在低墩屈服之前,可以有效改善低墩的受力性能。
(3)对于多模态推倒分析方法(MPA),由于它的理论基础忽略了结构屈服后振型间的耦合作用,一般的MPA方法并不适用于屈服程度相对较大的非规则梁桥。在保持MPA方法基本思路的前提下,通过选择合理的结构位移参考点、能力谱曲线形式等,可以有效改善MPA方法的计算精度,从而使MPA方法能够有效预计非规则梁桥的地震位移需求。
(4)定义了多自由度体系等位移准则。对于满足多自由度体系等位移准则的非规则梁桥,可以采用相对简单的弹性分析方法(如弹性反应谱分析),近似计算结构在地震作用下的弹塑性位移需求,较大程度上简化了桥梁结构的地震位移需求的预计,进而简化了非规则梁桥的基于位移的抗震设计。
(5)针对一类对称分布的表面上比较规则的非规则梁桥,提出了反应谱荷载推倒分析方法。与多模态推倒分析方法相比,本方法仅需一次推倒分析就可以预计结构地震位移需求,本方法可以简单方便地实现非规则梁桥的基于位移的简化抗震设计。