节段拼装双柱式墩桥梁抗震性能及设计方法研究

摘要

随着城市化进程的加快，发展高架快速路构建多元化城市交通空间，并采用标准化预制化施工已成为一种趋势。节段拼装式桥墩以其施工方法具有节能环保、质量可靠、安全快捷、对交通干扰小等优点在各种梁桥中得到了越来越广泛的应用。已有关于节段拼装式桥墩的研究多只针对墩柱单个试件的抗震性能，且实际应用工程亦多建造于低烈度区；随着节段拼装技术向高地震危险地区的发展，如何分析桥梁桥墩地震需求，如何区分干接缝拼装桥墩与整体浇筑墩抗震性能差异，如何评价节段拼装墩高架桥的抗震性能、减隔震措施应用效果，如何进行节段拼装墩高架桥的抗震设计等，是当前亟需解决的问题。因此，本文在对国内外相关文献、资料分析梳理的基础上，研究了适用于节段拼装桥墩地震需求的设计原理，采用纤维模型和非线性时程分析方法，研究了桥梁中节段拼装单墩拟延性、桥梁纵、横向地震响应和减隔震支座的设置原则、结构拟延性的适宜参数等，基于桥梁延性抗震和减隔震设计方法，形成了节段拼装墩桥梁的抗震设计方法。主要研究内容如下：
　　（1）通过对节段拼装桥墩抗震理论研究成果的归纳分析，结合对桥梁减隔震的基本理论、材料本构关系等的深入分析，确定了采用纤维模型法模拟墩柱构件、非线性时程分析法进行桥梁体系地震响应分析的研究方法；基于OpenSEES纤维模型分析方法，将干接缝拼装式桥墩数值分析结果与已有的研究试验成果进行了对比分析，验证了模拟方法的正确性，为节段拼装墩抗震性能和设计方法研究奠定了基础。
　　（2）从单墩构件的角度，基于拟静力试验和纤维模型数值方法，研究了实桥工程节段拼装单墩构件的拟延性特性，对比分析了与相同构造的现浇钢筋混凝土单墩构件拟延性特性的异同。
　　（3）从单墩构件的角度，针对城市高架桥预应力节段拼装墩的预应力大小、通过接缝配筋率、墩柱长细比、轴压比等因素进行了参数化研究，揭示了城市高架节段拼装墩柱的抗震特性。
　　（4）从桥梁结构体系的角度，基于减隔震设计理念、纤维模型法、非线性时程分析方法，在纵向、横向地震作用下对比分析整孔预制箱梁城市高架桥中节段拼装墩与现浇墩墩的地震响应，研究了在不同工况下减隔震措施的减震应用效果、减隔震支座设置和参数选择原则，分析了不同地震烈度、桥梁跨数等参数对桥梁延性抗震性能的影响，得到了节段拼装墩桥梁体系中减隔震措施适应效果及减隔震措施设置原则，可为类似工程提供参考借鉴。
　　（5）以满足桥梁结构体系地震需求为目标，基于纤维模型法、非线性时程分析方法，分别在纵向、横向地震作用下，以节段拼装墩整孔预制箱梁城市高架桥为研究对象，探讨了节段拼装墩城市高架桥设置配套减隔震措施后结构抗震适宜参数。
　　（6）以拓展节段拼装桥墩应用范围为目的，在桥梁的节段拼装墩抗震性能、桥梁纵横向地震响应和减隔震支座的设置方法、结构抗震的适宜参数等研究成果基础上，结合现行规范的规定，形成了节段拼装墩桥梁的抗震设计对策；以节段拼装桥墩裂缝性能为指标，建立了节段拼装墩城市高架桥梁性能设计方法及设计流程，可为高震区工程应用提供技术支持。

目录

第1章 绪 论

1.1 研究背景

1.2节段拼装桥墩研究应用现状

1.3 桥梁结构抗震设计研究现状

1.4 问题的提出

1.5 研究内容和研究路线

第2章 节段拼装双柱桥墩抗震设计理论与分析方法

2.1引言

2.2 拟延性抗震分析方法

2.3减隔震分析方法

2.4非线性动力时程分析方法

2.5 本章小结

第3章 节段拼装墩构件数值模型验证及拟延性性能分析

3.1引言

3.2节段拼装墩试验研究

3.3数值模型验证

3.4 城市高架桥干接缝节段拼装双柱墩拟延性特性分析

3.5 本章小结

第4章 纵向地震作用下节段拼装双柱墩高架桥减隔震措施分析

4.1 引言

4.2有限元分析模型

4.3减隔震支座对节段拼装墩地震响应的影响

4.4地震波对减隔震措施适用效果的影响

4.5联长跨数对减隔震措施适用效果的影响

4.6 本章小结

第5章 横向地震作用下节段拼装双柱墩高架桥减隔震措施分析

5.1 引言

5.2减隔震支座对节段拼装墩地震响应的影响

5.3地震波对减隔震措施适用效果的影响

5.4联长跨数对减隔震措施适用效果的影响

5.5 综合分析

5.6 本章小结

第6章 基于减震措施的节段拼装双柱墩桥梁结构抗震参数分析

6.1 引言

6.2 纵向地震作用下节段拼装墩桥梁结构抗震参数分析

6.3横向地震作用下节段拼装墩桥梁结构抗震参数分析

6.4 综合分析

6.5 本章小结

第7章 节段拼装双柱式墩高架桥抗震设计方法

7.1引言

7.2节段拼装双柱墩高架桥抗震设计对策

7.3节段拼装双柱墩高架桥抗震设计方法

7.4本章小结

第8章 结论与展望

8.1主要研究结论

8.2主要创新点

8.3建议与展望

参考文献

攻读博士期间发表的学术论文

攻读博士期间参与的主要科研项目

致谢