跨断层大跨悬索桥地震响应特性及减震研究

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随着我国发展进程的加快,交通建设的重点逐渐转向地形复杂的山区;另一方面,我国活动断层分布广泛,地震活动频繁,跨断层修建桥梁已成为工程建设中不可回避的问题。大跨悬索桥由于其跨度大,可以很好地适应山区峡谷等恶劣地形,但其自身结构柔、刚度小、几何非线性特性显著等特点导致它在地震条件下的动力特性也十分复杂。与此同时,研究发现近场或跨断层下结构的响应将会更大。因此,进行此类场地下悬索桥动力响应及减震性能的研究十分必要。本文以跨断层桥梁——四川省宁南县黑水河大桥为研究对象,利用ABAQUS等有限元软件建立了空间动力有限元模型,利用人工合成断层地震动,对悬索桥在近场和跨断层地震作用下的地震响应规律以及基于中央扣和粘滞阻尼器的减震效果进行了分析。主要研究内容及成果如下:(1)在总结几次大型地震中跨断层桥梁震害情况的基础上,介绍了活动断层和近场效应,并系统地梳理了现阶段近场及跨断层桥梁相关研究的现状和不足。依据走滑断层模型,分别模拟方向效应和滑冲效应的低频脉冲分量、叠加高频分量,合成了垂直于断层方向(FN方向)和平行于断层方向(FP方向)的地震动。(2)基于人工合成的跨断层地震动,探讨了跨越断层角度及断层位置等因素对悬索桥地震响应的影响。结果表明,桥梁结构各响应变化趋势近似以断层跨越角度α=90°为对称轴呈现对称分布;断层位置对各种响应的影响程度不同,在跨断层悬索桥抗震设计时可根据控制性条件进行判断。(3)考察了悬索桥中央扣在近场及跨断层地震作用下的减震效果。建立了不同类型中央扣的全桥模型,分析了中央扣对桥梁结构动力特性的影响,对比了桥梁在不同工况下的地震响应。结果显示,BRB中央扣不仅可以有效加强缆梁联系,提高整体刚度,在近场和跨断层地震作用下均具有不错的减震效果;另外,近场效应会明显放大结构的动力响应。(4)通过计算不同类型地震动下设置不同阻尼器参数的桥梁动力响应,探索了粘滞阻尼器在近场及断层地震动下的参数敏感性。研究显示,粘滞阻尼器在各类地震动下均表现出较好的减震效果,但在断层地震动下效果降低。论文研究成果可为跨断层桥梁的优化设计提供理论依据,为大跨悬索桥在近场及跨断层地震下的减震方案提供技术参考,具有重要的现实意义和应用前景。
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