考虑竖向地震力的大跨连续梁桥抗震性能研究

摘要

随着监测手段的不断进步，人们对于地震动的记录越来越完善，很多地震动的竖向分量被检测到并引起了很多专家学者的重视，尤其是高烈度区和震中区，地震动竖向分量甚至比水平分量还要显著。目前国内外对桥梁结构水平向隔震技术的研究已经取得了一定的成果，并很好的应用于工程实际中，但是对于竖向地震作用仍然没有很好的解决办法。因此，结合水平向和竖向地震动的特性以及前人的研究成果，提出了了一种新型三维隔震装置，并研究了其对大跨连续梁桥抗震性能的影响。主要研究内容如下：
　　1）参考大量文献，综合分析了国内外对多向地震以及多维隔震技术的研究现状，并在此基础上设计了一种新型三维隔震装置——高阻尼橡胶碟簧三维隔震装置，该装置由上下两部分串联而成，上部主要由高阻尼橡胶隔震垫组成，下部由碟形弹簧和粘滞阻尼器并联而成。高阻尼橡胶隔震垫可以隔离水平地震作用；改变蝶形弹簧的组合方式可以改变结构的竖向刚度，进而改变结构的竖向动力特性；通过设置竖向粘滞阻尼器来耗散竖向地震的能量，三维隔震装置结合了高阻尼橡胶、碟形弹簧以及粘滞阻尼器的优点，通过合理的设计，该装置在水平向和竖向都可以具有适宜的刚度和阻尼。
　　2）结合隔振装置各组成部分的力学性能，给出了三维隔震装置各项力学参数的计算方法以及其数值模拟方法。
　　3）运用有限元软件SAP2000建立了一座大跨连续梁桥计算模型，通过对比分析在不同位置安装了三维隔震装置的桥梁在地震作用下的响应，确定了仅在桥墩安装三维隔振装置是最理想的。
　　4）对比分析安装了三维隔震装置的桥梁、仅安装了水平隔震装置的桥梁以及未隔震桥梁的地震响应，研究了竖向地震对水平地震作用下桥梁响应的影响以及三维隔震装置与水平隔震支座减隔震性能的差异。结果表明，就墩底剪力和主梁纵向位移来说，竖向地震作用对水平地震作用的影响甚微，就主梁纵向加速度和跨中竖向加速度而言，地震竖向分量对水平分量有着放大作用，尤其对竖向加速度的放大更加明显。
　　5）研究了桥墩抗推刚度变化、三维隔震装置竖向刚度的变化以及竖向阻尼比的变化对三维隔震装置减隔震性能的影响。结果表明，三维隔震装置减震效果随着墩高的增加而减小，并结合各项地震响应，给出了本例中三维隔震装置适合的墩高为10～20m；竖向刚度的变化对墩底剪力和主梁位移几乎没有影响，主梁纵向加速度和跨中竖向加速度的减震率随着竖向刚度的减小而增加；竖向阻尼比的变化对墩底剪力和主梁位移几乎没有影响，而纵向加速度和跨中竖向加速度的减震率随着阻尼系数的增大而增大，结合减震率的增长速度，给出了最经济合理的阻尼系数为5000kN·S/m左右。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 桥梁结构震害

1.3 桥梁减震隔震技术

1.4 多向地震作用与多维减隔震的研究现状

1.5 本文研究的主要内容

第二章 桥梁动力反应计算理论及分析方法

2.1 动力计算理论的发展

2.2 动力时程分析方法

2.3 桥梁结构的地震反应分析

第三章 高阻尼橡胶—碟簧三维隔震装置的构造和参数设计

3.1 引言

3.2 三维隔震支座的构造及特点

3.3 高阻尼橡胶隔震垫的设计

3.4 蝶形弹簧的设计

3.5 粘滞耗能阻尼器的设计

3.6 三维隔振装置的设计

3.7 本章小结

第四章 三维隔振装置在桥梁中的减隔震分析

4.1 引言

4.2 工程背景简介

4.3 模型的建立及三维隔振装置各参数的确定及模拟

4.4 地震波及其简介

4.5 大跨连续梁桥地震响应分析

4.6 本章小结

第五章 三维隔振装置在大跨连续梁桥中的参数分析

5.1 引言

5.2 桥墩抗推刚度变化对三维隔振装置减隔震性能的影响

5.3 碟形弹簧轴向刚度变化对三维隔振装置减隔震性能的影响

5.4 粘滞阻尼的变化对三维隔振装置减隔震性能的影响

5.5 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢