近场地震作用下墩梁分离对桥墩破坏影响的研究

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随着地震监测数据量的增加及监测水平的提高,发现越来越多的近场地震中竖向激励加速度幅值高于规范规定值的现象,而桥墩底部出现受压破坏。对于采用橡胶支座连接的梁式桥,由于支座缺乏抗拉连接,高幅值的竖向地震动可能导致墩梁分离碰撞。墩梁分离-碰撞过程不但产生巨大竖向碰撞力,而且由于纵向约束的释放使桥梁结构的水平动力响应发生较大改变,进而使桥墩的破坏模式发生新的变化。本文以一座采用板式橡胶支座的双跨连续梁桥为分析模型,采用理论分析和数值计算方法,对可分离桥梁的动力响应理论进行了演绎,研究了墩梁分离条件和墩梁分离碰撞对桥墩破坏规律的影响。本文的主要研究工作包括:(1)运用瞬态波函数展开法以及间接模态叠加法,推导出可分离两跨连续梁桥的竖向和纵向动力学响应公式,建立了墩梁分离-碰撞过程的力学模型和理论。(2)在双向简谐激励下,探讨了激励频率、幅值与桥梁墩梁分离的相互关系。分析研究了墩梁分离碰撞过程对桥墩破坏影响的两个主要力学量墩梁竖向碰撞力及桥墩纵向偏移,并给出他们极限状况的计算方法。(3)选择实际的近场地震动记录进行快速傅里叶变换,展开成各频率简谐波叠加,计算出墩梁竖向接触力及墩顶纵向偏移的极限工况,提出墩梁分离-碰撞过程中桥墩的破坏规律:竖向碰撞力的增加会改变桥墩底部失效模式,而墩顶纵向偏移的增加会导致桥墩底部多种破坏模式并存。(4)系统研究了不同桥梁结构和材料参数下的桥梁墩梁分离碰撞过程以及此时桥墩的破坏模式。以最不利工况下墩底破坏为依据,确定了结构参数对桥墩破坏模式的影响,合理的桥梁结构设计有可能降低竖向地震导致的墩梁分离对桥墩破坏的影响。(5)建立了桥梁结构的有限元动力计算模型,计算了竖向和纵向激励同时作用时墩梁分离碰撞过程的桥梁动力学响应。给出了前述竖纵向解耦理论的适用区间。
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