高烈度区长联连续梁桥纵桥向地震响应及减隔震措施研究

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近年来,为适应经济和社会发展需要,改善交通落后局面,国家大力推进交通基础设施建设。长联连续梁桥具有结构整体刚度大,桥型简单美观,受力性能良好,施工技术成熟,行车舒适性好,造价较低等优点,在跨越大江大河工程中应用较多。然而,我国地震多发,一些桥梁就建造在高烈度区,地震灾害造成了巨大的生命和财产损失,而长联桥梁结构更易在强震作用下出现损毁并中断生命线,进而产生更严重二次损失和救灾困难。因此,开展长联桥梁地震响应规律及其减隔震措施研究就显得尤为必要。本文以某座位于高烈度区长联连续梁桥为依托工程,采用桥梁专用有限元非线性分析软件CSiBridge建立数值分析模型,针对高烈度区长联连续梁桥地震响应及减隔震措施进行分析研究。主要研究内容与结论如下。(1)阐述选题依据、研究目的与意义,综述国内外长联连续梁桥地震响应、高烈度区桥梁减隔震措施研究现状和存在问题,明确本文主要研究内容。(2)针对依托工程,详细说明有限元模型建模细节;就结构自振特性,从频率、周期、振型特征与振型质量参与系数等方面,讨论桩土效应、固定支座设置位置与支座约束条件对结构自振特性影响。分析表明:考虑桩土效应后,结构基频减小;固定支座设置位置与支座纵桥向约束主要影响低阶振型,且固定约束仅影响结构纵桥向振动,对其他方向影响较小,长联连续梁桥纵桥向水平抗推刚度相对较小。(3)依据非线性分析理论、非线性类别及其来源,给出非线性问题数值分析方法,明确地震波选取原则及瑞利阻尼设置;针对高烈度区E1、E2地震作用,讨论材料非线性、几何非线性与桩土效应对长联连续梁桥地震响应影响。分析表明:E1地震作用下,结构未进入塑性状态,无需考虑材料非线性;E2地震作用下,结构进入塑性状态,不考虑材料非线性影响将产生较大误差;E1、E2地震作用下,几何非线性对长联连续梁桥地震响应影响不大,可不用考虑;考虑桩土效应后,结构变形增大,内力减小,即不考虑桩土效应,结构内力地震响应偏保守,但可以提高计算效率。(4)针对长联连续梁桥特点,分析非一致激励效应对结构地震响应影响。结果表明:地震波视波速越小,行波效应越明显,固定墩墩底弯矩与墩顶位移极大值越小,对于连续长度较长桥梁应考虑行波效应;考虑部分相干效应后,固定墩与非固定墩内力、变形均变大;考虑局部场地效应后,固定墩内力与变形减小。高烈度区长联连续梁桥进行地震响应分析时,应考虑各种非一致激励效应。(5)针对高烈度区长联梁桥减隔震措施,对比分析铅芯橡胶支座与滑动摩擦摆式支座的减隔震效率,并对滑动摩擦摆式支座进行参数敏感性分析研究。分析表明:在长联连续梁桥中,相比于铅芯橡胶支座,滑动摩擦摆式支座减隔震效果更好,且固定墩内力与变形更小,全桥受力更加均匀合理;应尽可能减小滑动摩擦摆式支座摩擦系数,但支座曲率半径对结构地震响应影响较小。
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