城市曲线箱梁桥地震易损性分析及震后通行能力评估

摘要

城市发展后，城市交通愈加拥挤，为了有效地疏散交通密度，经常采用立交桥来提高运输效率。曲线梁桥因美观、实用、经济的特点，广泛应用于立交桥中。同时由于结构的不规则性，曲线桥梁在地震作用下是极易受到损害的，桥梁的损害不仅会导致巨大的经济损失还会对交通运输产生较大的影响。本文主要研究对象为一座四跨的曲线梁桥，采用动力增量法得到地震作用下曲线桥梁的易损性曲线，进一步分析地震后梁桥的通行能力，对曲线梁桥的抗震减灾方案提供一定的参考价值。本文主要研究内容如下： （1）利用有限元ANSYS软件，建立曲线梁桥的有限元模型，确定曲线梁桥的损伤指标及损伤状态的判断方法，将三种不同类型的地震波按小震(50gal)、中震(100gal、200gal)及大震(300gal)对曲线梁桥模型进行了输入，分析发现，固定墩2#桥墩更容易发生破坏，并在Taft地震动作用下损伤破坏更为严重。 （2）在美国太平洋地震研究中心PEER数据库中选择合适的地震动，以PGA为地震动强度指标,采用动力增量法，根据概率地震需求函数求出桥墩、支座的理论易损性曲线。相比一阶界限法求出的全桥易损性曲线，基于二阶可靠度理论得出的全桥结构易损性曲线更加准确。 （3）介绍铅芯橡胶支座的隔震原理，对曲线梁桥进行隔震支座设计，建立隔震支座、桥墩和全桥结构的易损性曲线。当采用隔震技术后，在不同地震动作用下桥梁的抗震性能都明显提高，在地震动0.25g时，桥梁的抗震性能最为明显。 （4）基于二阶可靠度理论求出的全桥易损性曲线，快速评估桥梁的通行能力值，计算震后可通行交通量和车辆行驶时间，为灾后决策者制订抗震减灾的部署方案提供一定的理论依据。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究背景与研究意义

1.1.1 选题背景

1.1.2 研究意义

1.2 桥梁震害现象及分析

1.2.1 上部结构的破坏

1.2.2 支座的破坏

1.2.3 桥墩的破坏

1.3 国内外研究现状

1.3.1 曲线梁桥地震响应研究现状

1.3.2 曲线梁桥地震易损性研究现状

1.3.3 震后通行能力研究现状

1.4 本文主要内容

2 曲线梁桥建模及损伤分析

2.1 工程概况

2.2 曲线梁桥有限元模型的建立

2.2.1 单元模型选取

2.2.2 材料模型选取

2.2.3 接触设置

2.2.4 结构阻尼

2.3 结构动力特性分析

2.4 破坏准则及损伤指标

2.4.1 结构破坏准则

2.4.2 桥墩损伤指标

2.4.3 支座损伤指标

2.5 曲线梁桥地震响应分析

2.5.1 地震波输入

2.5.2 桥墩顶点位移

2.5.3 桥墩支座变形

2.6 本章小结

3 曲线梁桥地震易损性分析

3.1 引言

3.2 地震动筛选及损伤指标确定

3.2.1 地震动的筛选

3.2.2 地震动强度指标的确定

3.3 易损性曲线的建立

3.3.2 IDA时程分析

3.3.3 回归分析处理

3.3.4 桥梁构件的易损性曲线

3.3.5 全桥的易损性曲线

3.4 本章小结

4 隔震梁桥地震易损性分析

4.1 隔震桥梁模型

4.1.1 铅芯橡胶支座模型

4.1.2 铅芯橡胶支座模拟

4.2 铅芯橡胶隔震支座的破坏状态

4.3 易损性曲线的建立

4.3.1 支座易损性曲线的建立

4.3.2 桥墩易损性曲线的建立

4.4 隔震方案评估

4.5 本章小结

5 隔震前后曲线桥梁的通行能力分析

5.1 曲线桥通行能力分析

5.2 隔震前曲线桥梁的通行能力分析

5.2.1 易损性模型

5.2.2 通行能力判断方法

5.2.3 设计交通流量评估

5.2.4 车辆行驶时间评估

5.3 隔震后曲线桥梁的通行能力分析

5.3.1 易损性模型

5.3.3 设计交通流量评估及对比

5.3.4 车辆行驶时间评估及对比

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间主要参加项目