考虑土和结构相互作用的整体式桥台钢桥抗震性能研究

摘要

整体式桥台桥梁取消了桥台处的伸缩缝和支座，具有设计和建造过程简单快速、养护维修少、全寿命周期成本低和抗灾害能力高等优点，但主梁伸缩变形在很大程度上要通过桥台、桩及土的变形来适应，桥台和主梁整浇为一体也使结构的受力情况和破坏模式发生较大改变。本文探讨了土和结构相互作用模拟方法对整体式桥台钢桥抗震分析的影响，研究了地震作用下整体式桥台钢桥的破坏机理、延性性能和地震响应。采用 SAP2000建立某桥的有限元模型，通过模态分析、非线性推覆和时程分析获得该桥的动力特性、塑性铰发展过程、延性性能以及不同地震动水准下的受力和变形等，研究了桥台尺寸、台后土密实度、桩型和桩周土刚度等整体式桥台系统设计参数对结构抗震性能的影响。主要研究结论如下：
　　（1）地震动方向和桩型会改变塑性铰在结构中形成和破坏的顺序，桩周土刚度则主要影响塑性铰形成和破坏时结构的位移，而桥台尺寸和台后土密实度对塑性铰发展过程影响较小。
　　（2）增大桥台高厚比和台后土密实度可以有效提高结构安全储备，减小桥台桩和墩柱的地震响应。高震区应特别注意保证台后砂性回填土被充分压实。
　　（3）与预应力混凝土桩相比，采用钢桩时结构延性能力较好，破坏位移和耗能总量较大，但与钢管桩和强轴弯曲H型钢桩相比，采用弱轴弯曲H型钢桩时安全储备和耗能总量较小，桩顶截面应力和墩底弯矩较大。
　　（4）增大桩周土刚度可以有效降低桩顶位移和墩底弯矩，提高安全储备和延性能力，但桩型为预应力混凝土桩时，其耗能位移区段明显减少。高震区应特别注意大变形下软黏土抗力明显下降会导致桩和墩柱地震响应增大。
　　（5）桥台桩和墩柱响应的分析精度对土和结构相互作用模拟方法和地震波PGA的敏感性较高，而桥台和主梁受力敏感性较低；桩-土和桥台-土相互作用的简化模拟方法建议采用m法，PGA较大时亦可采用等效桩长法。

目录

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第1章 绪论

1.1 整体式桥台桥梁研究背景

1.2 整体式桥台桥梁研究综述

1.3 研究内容和方法

第2章 整体式桥台钢桥抗震性能分析

2.1 桥梁结构建模

2.2 土和结构相互作用建模

2.3 模态分析

2.4 非线性推覆分析

2.5 非线性时程分析

2.6 本章小结

第3章 整体式桥台钢桥破坏机理和延性性能参数分析

3.1 分析参数的选取

3.2 破坏机理参数分析

3.3 延性性能参数分析

3.4 本章小结

第4章 整体式桥台钢桥地震响应参数分析

4.1 桥台尺寸及台后土密实度

4.2 桥台桩类型及桩周土刚度

4.3 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

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