【摘 要】
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桥梁抗震设计中通常遵循着“大震不倒”的设计原则,即避免桥梁在大震下丧失承载能力。但是下部结构(例如桥墩)仍然会遭受严重的损坏,影响桥梁的使用功能且修复困难。震后桥梁功能的丧失对于交通运输和灾后重建有着巨大的影响,造成了一定的经济损失。部分学者提出应该重视极端灾害下结构的恢复功能,在最短时间内以期望结构回到正常使用状态。当前,结构的损伤控制研究已经成为了结构减少地震破坏的有效途径。针对桥梁结构的损伤
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桥梁抗震设计中通常遵循着“大震不倒”的设计原则,即避免桥梁在大震下丧失承载能力。但是下部结构(例如桥墩)仍然会遭受严重的损坏,影响桥梁的使用功能且修复困难。震后桥梁功能的丧失对于交通运输和灾后重建有着巨大的影响,造成了一定的经济损失。部分学者提出应该重视极端灾害下结构的恢复功能,在最短时间内以期望结构回到正常使用状态。当前,结构的损伤控制研究已经成为了结构减少地震破坏的有效途径。针对桥梁结构的损伤控制研究,本文提出了一种新型的柔性双柱墩,即:双柱墩的连接盖梁中部是断开状态具有一定空隙,在空隙间安装钢制剪力连接件(Steel Shear Link,SSL),其SSL通过大型工字钢梁与盖梁连接。在常规荷载或者中小震作用下,SSL保持弹性,将盖梁连接成一个整体,使双柱墩具有较好的使用性能;当地震烈度较高时,可屈服的SSL释放了刚性盖梁的横向联系,解除了双柱墩的耦合变形,增大了桥墩有效变形高度,减小地震效应。本文采用钢筋混凝土全桥模型进行抗震性能评估,验证嵌入SSL新型双柱墩的减震性能。在ABAQUS中设计了1个常规双柱墩桥梁模型和4个柔性双柱墩桥梁模型,并且利用第三方试验结果验证了模型中对桥墩和剪力连接件模拟的准确性。将5个模型进行模态分析和时程分析,其结果表明:其一,引入SSL并没有改变桥梁的整体动力特性。其二,嵌入SSL双柱墩的宏观地震反应(如整体位移和结构阻尼比)没有明显变化。其三,采用SSL可有效降低钢筋混凝土桥墩的峰值拉压应变,但与输入的总地震能量相比,SSL的能量耗散可忽略不计。其四,建议采用横向连续构造形式的主梁,支座上不平衡的压缩荷载在墩顶产生恢复力矩,减少了墩底弯矩。结果证明了嵌入SSL的新型柔性双柱墩既能保证正常使用功能,又减小了地震效应,具有良好的损伤控制效果。同时以力学理论和基于静力推覆的参数分析解释验证了此构造形式的机理和有效性,并且得出随着屈服力的增加,其峰值压应变会出现先降后升的发展趋势。结合耦合比(CR)这一指标,当CR控制在0.1~0.2区间内获得的SSL屈服力能够使墩底压应变最优化,并且能够以合理屈服力作为SSL选择和设计的指标。
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