限位挡块对跨断层简支梁桥抗震性能的影响研究

摘要

断层及其临近区域是震害最为集中的区域，因此当前国内外相关抗震规范提出以避让为近断层区结构的主要减震措施。然而，受地形、地貌、建设成本及线路总体走向等因素的制约，桥梁结构跨越活动断层在所难免。近年来，多座跨断层桥梁在历次大地震中遭到严重破坏或者垮塌，其中，横向落梁是跨断层桥梁最为显著的破坏特征，而横向限位挡块对此类桥梁抗震性能影响的系统研究仍非常薄弱。本文以某跨断层简支梁桥为研究对象，以人工模拟的跨断层地震动为激励，基于OpenSEES平台建立桥梁结构的三维有限元数值模型，系统研究了挡块强度V、初始间隙s及挡块变形延性能力对跨断层简支梁桥地震响应的影响特征及规律。本文的主要研究工作如下:
　　(1)以某跨断层简支梁桥为研究对象，基于OpenSEES平台建立其精细化的非线性有限元模型，同时利用SAP2000软件建立上述简支梁桥数值模型，通过两种模型的对比，验证了模型的合理性。
　　(2)系统梳理了速度脉冲模拟模型及地震动等效脉冲参数取值的既有研究成果，确定了设计及罕遇地震动水平下的脉冲参数，选取了与场地相匹配的高频水平向地震动，采用低频脉冲叠加高频底波的方式合成了设计地震及罕遇地震下的跨断层地震动。
　　(3)系统研究了两种地震动水平下挡块强度V对支座位移、墩顶及梁端位移、墩底截面响应的影响规律。多工况下的非线性动力时程计算结果表明，相对于非紧邻断层，紧邻断层桥墩需设置更高强度的挡块才能有效限制墩梁相对位移;罕遇地震作用下结构响应较设计地震更大，且需设置更高强度的挡块才可起到限位作用;两种地震动强度下，墩底响应均随挡块强度的增加先增大最后趋于稳定。
　　(4)系统研究了两种地震动水平下挡块初始间隙s对支座位移、墩顶及梁端位移、墩底截面响应的影响规律。研究表明，相比于非紧邻断层，紧邻断层桥墩需设置更大的初始间隙才能避免挡块过早发生破坏，从而使挡块发挥更好的限位作用;相对于设计地震，各桥墩在罕遇地震下需设置更大的初始间隙才能起到较好的限位效果。两种地震动强度下，墩底响应均是先减小最后趋于稳定。
　　(5)系统研究了两种地震动水平下挡块变形延性能力对支座位移、墩顶及梁端位移、墩底截面响应的影响规律。结果表明，随着挡块延性能力的提高，支座位移减小，而墩底响应增大，但整体变化幅度较小。

目录

声明

致谢

摘要

1．1研究背景及意义

1．2国内外研究现状

1．2．1跨断层桥梁抗震研究现状

1．2．2横向限位装置研究现状

1．3本文主要研究目的及内容

1．4本文研究的技术路线

2 基于OpenSEES平台的简支梁桥有限元建模

2．1工程背景

2．2简支梁桥有限元模拟

2．2．1上部结构的模拟

2．2．2钢筋混凝土桥墩的模拟

2．2．3土-结构相互作用模拟

2．2．4支座模拟

2．2．5挡块的模拟

2．3结构自振特性分析

2．4本章小结

3 跨断层地震动的人工合成

3．1速度脉冲模拟模型

3．2地震动等效脉冲参数

3．3跨断层地震地面运动的模拟

3．3．1震级的确定

3．3．2脉冲参数选取

3．3．3高频底波选取

3．3．1跨断层地震动合成

3．4本章小结

4 设计地震作用下跨断层简支梁桥挡块参数的影响分析

4．1．1支座位移

4．1．2墩顶及梁端位移

4．1．3墩底响应

4．2初始间隙s

4．2．1支座位移

4．2．2墩顶及梁端位移

4．2．1墩底响应

4．3挡块变形延性能力

4．3．1支座位移

4．3．2墩顶及梁端位移

4．3．3墩底影响

4．4本章小结

5 罕遇地震作用下跨断层简支梁桥挡块参数的影响分析

5．1．1支座位移

5．1．2墩顶及梁端位移

5．1．3墩底响应

5．2初始间隙s

5．2．1支座位移

5．2．2墩顶及梁端位移

5．2．3墩底响应

5．3挡块变形延性能力

5．3．1支座位移

5．3．2墩顶及梁端位移

5．3．3墩底响应

5．4本章小结

6．1结论

6．2展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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