基于地震易损性的既有简支梁桥抗震加固研究

摘要

简支梁桥因其设计建造成本低、施工简单、检修方便等优点，在我国公路系统中广泛应用。但多数简支梁桥设计于现行桥梁抗震设计规范颁布以前，存在着抗震性能不足的潜在危险。因此论文以云南国省干线公路上典型的20m+20m+20m三跨简支梁桥为研究对象，考虑墩高的影响，建立了既有简支梁桥样本库，对该类桥梁进行了系统的抗震性能评估和抗震加固方法研究。论文主要完成了以下几个方面的工作：　　1.在查阅国内外文献的基础上，总结分析了桥梁地震易损性和抗震加固方法研究的发展历程和研究现状，指出现有研究的不足，并介绍了论文的主要研究内容。　　2.回顾了桥梁抗震设计理念的发展，对比研究了不同时期桥梁抗震设计规范的变迁，分析了简支梁桥梁常见震害及其产生原因，并在此基础上汇总了适用于既有简支梁桥的抗震加固方法。　　3.利用OpenSees软件建立了样本桥梁的三维有限元模型，从PEER地震动数据库中筛选出了100条地震动作为地震动输入样本库，以基于增量动力分析的非线性时程分析法对样本桥梁进行了地震损伤的模拟。建立了适用于本文的地震易损性分析流程，基于已有研究成果确定了桥墩弯曲破坏、桥墩剪切破坏及支座变形破坏的损伤状态方程及其判别准则。　　4.确定了样本桥梁在纵、横桥向地震作用下桥墩的易损位置，绘制了样本桥梁易损构件的地震易损性曲线。依据现行桥梁抗震设计规范合成了各场地类别下的人工地震动，评估了样本桥梁易损构件在各场地类别地震作用下的损伤程度。　　5.依据样本桥梁的抗震性能评估结果，确定了FRP加固、拉索限位装置加固及防震挡块加固三种抗震加固方案，分别介绍了各加固方案的设计和有限元模拟情况。系统的研究了各加固方案对简支梁桥地震易损性的影响，并分析了加固后各场地类别下各易损构件损伤程度的降低情况，综合评价了各加固方案对简支梁桥的抗震性能提升效果。并针对使用单一加固方案的不足，初步探讨了组合加固方案的应用。

目录

声明

第1章绪论

1.1 选题背景与研究意义

1.2 桥梁结构抗震加固的研究与发展现状

1.3 桥梁结构地震易损性的研究与发展现状

1.3.1 经验法地震易损性研究现状

1.3.2 数值模拟法地震易损性研究现状

1.4 现有研究的不足

1.5 论文的主要工作

第2章既有简支梁桥抗震加固方法

2.1 桥梁抗震设计理念的发展和桥梁抗震设计规范的变迁

2.1.1 桥梁抗震设计理念的发展

2.1.2 桥梁抗震设计规范的变迁

2.2 既有简支梁桥常见震害分析

2.2.1 上部结构的震害

2.2.2 下部结构的震害

2.2.3 支座连接件的震害

2.3 既有简支梁桥抗震加固方法

2.3.1 上部结构的抗震加固方法

2.3.2 下部结构的抗震加固方法

2.3.3 减隔震抗震加固方法

2.4 本章小结

第3章既有简支梁桥抗震性能评估

3.1 工程概况

3.2 既有简支梁桥地震损伤的模拟

3.2.1 有限元模型的建立

3.2.2 地震动的输入

3.3 地震易损性分析流程

3.4 桥梁构件损伤状态方程及其判别准则

3.4.1 桥墩弯曲破坏损伤状态方程及其判别准则

3.4.2 桥墩剪切破坏损伤状态方程及其判别准则

3.4.3 支座变形破坏损伤状态方程及其判别准则

3.5 既有简支梁桥地震易损性分析

3.5.1 桥墩易损位置的确定

3.5.2 桥墩弯曲破坏地震易损性分析

3.5.3 支座变形破坏地震易损性分析

3.6 基于规范的既有简支梁桥损伤状态评估

3.6.1 各场地类别地震动的合成

3.6.2 既有简支梁桥易损构件损伤状态评估

3.7 本章小结

第4章加固后既有简支梁桥抗震性能评估

4.1 FRP 加固方案的应用

4.1.1 FRP加固方案的设计

4.1.2 FRP加固方案的有限元模拟

4.1.3 FRP加固方案对地震易损性的影响

4.1.4 FRP加固方案对桥墩损伤程度的影响

4.2 拉索限位装置的应用

4.2.1 拉索限位装置的参数设计

4.2.2 拉索限位装置的有限元模拟

4.2.3 拉索限位装置对地震易损性的影响

4.2.4 拉索限位装置对支座损伤程度的影响

4.3 防震挡块加固方案的应用

4.3.1 防震挡块加固方案的设计

4.3.2 防震挡块加固方案的有限元模拟

4.3.3 防震挡块加固方案对支座损伤程度的影响

4.4 组合加固方案的初步探讨

4.5 本章小结

结论与展望

一、 结论

二、 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果