基于性能的双柱式桥墩地震易损性及其简化计算方法研究

摘要

桥梁结构作为交通枢纽中非常重要的一环，其抗震设防越来越受到人们的重视。而桥墩作为桥梁结构中最易受损的构件之一，一旦桥墩发生破坏，将有可能导致整个交通枢纽的瘫痪。通过对桥梁结构和构件进行地震易损性分析，能够有效的揭示桥梁结构、构件的损伤概率与地震动之间的关系。本文主要做了以下几部分的工作: 1)确定采用基于性能的破坏准则来得到桥墩损伤指标。由于横系梁对桥墩横向的约束而产生的动轴力，在确定桥墩横桥向方向的损伤指标时，必然导致与桥墩顺桥向方向的损伤指标不同。先以传统的方式，分析桥墩截面的弯矩曲率曲线，通过公式计算得到了桥墩在顺桥向的损伤指标。然后利用OpenSEES对桥墩进行pushover分析，提出双柱式桥墩在横向地震作用下的计算墩顶位移能力的经验公式。根据得到的经验公式，确定桥墩在不同破坏状态下的损伤指标。 2)利用Sap2000有限元分析平台建立了桥梁的有限元模型，分析了桥梁的跨度、横系梁根数和高度、桥墩高度这些参数对桥墩地震易损性曲线的影响。结果表明:设置双横系梁的桥墩相较于单横系梁的桥墩，前者具有更好的抗震性能;在顺桥向地震波作用下，横系梁对桥墩影响较小。桥墩的损伤概率会随着桥梁单跨和墩身高度的增加而下降;在横桥向地震波作用下，当横系梁位置处于0.3H-0.7H之间时，桥墩的损伤概率会随着横系梁位置的提高而下降。桥墩单跨跨度处于21m-30m之间时，桥墩损伤概率会随着跨度的增加而上升。超过30m，桥墩的损伤概率又略微下降。桥墩的损伤概率也会随着墩身高度的提高而下降。 3)根据大量的时程分析结果，对桥墩易损性地震波方向进行了敏感性分析。同时，分析比较参数变化对形成易损性曲线的公式的系数的影响，提出了当参数变化时，快速计算该系数的经验公式。并以三种桥梁工况模型对该公式进行了验证。该公式可以用于相似或同类型桥梁桥墩易损性的快速简化计算。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1选题背景及研究意义

1．1．1选题背景

1．1．2研究意义

1．2国内外研究现状

1．2．1专家判断易损性曲线

1．2．2经验易损性曲线

1．2．3理论易损性曲线

1．3本文主要研究内容

1．4论文的组织结构

2桥梁易损性理论与分析方法

2．1概述

2．2理论易损性曲线建立流程

2．3地震动输入

2．4桥墩损伤状态判断

2．4．1破坏准则

2．4．2损伤指标的描述以及损伤指标的量化

2．5本章小结

3．桥墩损伤指标的确定

3．1顺桥向地震作用下桥墩的损伤标准

3．1．1桥墩截面的弯矩曲率分析(P-M-φ)

3．1．2形成顺桥向桥墩损伤标准

3．2横桥向地震作用下桥墩的损伤标准

3．2．1桥墩pushover分析

3．2．2形成横桥向桥墩损伤标准

3．3本章小结

4采用不同设计参数的双柱式桥墩地震易损性分析

4．1概述

4．2桥墩在顺桥向地震作用下的易损性分析

4．2．1钢筋混凝土桥梁模型描述

4．2．2地震动输入

4．2．3横系梁对桥墩易损性的影响

4．2．4桥梁的跨度对桥墩地震易损性的影响

4．2．5桥墩的高度对桥墩地震易损性的影响

4．3桥墩在横桥向作用下的易损性分析

4．3．1概述

4．3．2横系梁的位置、根数对桥墩地震易损性的影响

4．3．3桥梁跨度对桥墩地震易损性的影响

4．3．4桥墩高度对桥墩地震易损性的影响

4．4本章小结

5桥墩易损性地震波敏感性分析及其简化计算方法

5．1概述

5．2参数对比

5．2．1横系梁对墩柱地震易损性的影响

5．2．2桥梁单跨长度对墩柱地震易损性的影响

5．2．3墩身高度对墩柱地震易损性的影响

5．3易损性曲线简化计算

5．3．1易损性曲线公式概述

5．3．2各参数对易损性公式系数影响

5．4简化计算方法误差分析

5．5本章小结

6总结与展望

6．1本文主要工作

6．2主要结论

6．3展望

致谢

参考文献

附录