高铁连续梁桥离差系数组合值及抗震性能指标研究

摘要

桥梁是高速铁路中的重要组成部分，它们在地震中的破坏程度将直接关系到经济损失和生命安全情况。人们通过历次震害的不断认识，越来越接受基于性能的抗震设计方法并将其应用于桥梁抗震理论分析与实践中，然而，以提升高铁桥梁抗震性能为目标，获得桥梁结构在未来地震作用下预期性能指标的相关研究并不多，研究成果也并不完善。本文针对高铁桥墩截面大、配筋率低的特性，选取高速铁路桥梁中常用跨径的三跨连续梁桥作为研究对象，对其进行增量动力分析。主要工作内容如下:
　　(1)易损性曲线中的离差系数组合值βcom取值对于结构抗震性能的合理评估有重要的影响，目前国内外一般按已有的经验系数取值。本文在总结βcom计算方法的基础上，根据高铁连续梁桥抗震性能的主要影响参数（包括墩高、跨径、配筋率变化），分别建立了不同的有限元计算模型，并选择15条地震记录进行增量动力分析(IDA)，研究了这些参数变化对离差系数组合值βcom的影响。该参数的合理计算可为高铁桥梁的地震易损性评估提供参考。
　　(2)结合铁路桥墩的破坏特点与基于性能抗震设计的需要，以钢筋和混凝土应变作为桥墩损伤的判别标准，并给出三水准抗震性能指标参数。选取12种类型的连续梁桥作为研究对象，并分析墩高、跨径、配筋率等参数对漂移比与损伤指标DI的影响。应用数理统计方法研究15条地震动作用下的IDA分析结果，建立了对应于三水准性能水平具有95％以上保证率的漂移比与损伤指数限值，并将该限值与新西兰、日本以及美国规范中的相关规定进行对比，验证了该量化指标的合理性。
　　(3)根据支座损伤状态合理模拟支座的工作方式，本文建立考虑支座破坏滑移的弹塑性分析模型，使用非线性时程分析方法，研究支座失效对桥梁抗震性能的影响。研究表明，罕遇地震时，固定支座较多进入失效阶段，虽有较大滑移，但能够降低固定墩的地震响应，说明支座虽然是易损性构件，但支座的损坏能够起到保护桥梁下部结构的作用;支座失效后，连续梁容易与两侧的简支梁发生碰撞，而伸缩缝宽度对桥梁碰撞发生的次数以及碰撞力峰值均有较大影响，间隙越小越容易发生碰撞，且碰撞力较大，而碰撞的发生会限制支座位移，但对桥墩影响很小。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 基于性能抗震设计理论的提出与发展

1．2．2 离差系数组合值研究

1．2．3 桥墩抗震性能指标研究现状

1．2．4 考虑支座损伤的连续梁桥抗震性能指标

1．3 目前研究存在的问题

1．4 本文主要研究内容

2 基于性能的抗震设计方法研究

2．1 基于性能的抗震设计理论

2．1．1 地震设防水准

2．1．2 结构性能水平与预期目标

2．1．3 结构地震反应的预测方法

2．1．4 基于性能的抗震设计方法

2．2 材料本构模型

2．2．1 混凝土本构关系

2．2．2 钢筋本构关系

2．3 损伤指标的确定

2．3．1 目标位移

2．3．2 基于损伤的性能指标

2．4 小结

3 离差系数组合值研究

3．1 离差系数组合值

3．1．1 地震需求对数正态标准差βD

3．1．2 结构能力对数正态标准差βC

3．1．3 结构分析不确定性标准差βU

3．2 计算模型概况

3．2．1 结构特性描述

3．2．2 桥墩纤维模型

3．3 地震记录选取及桥墩破坏状态分析

3．3．1 地震记录选取

3．3．2 破坏过程分析

3．4 计算结果分析

3．4．1 地震需求对数正态标准差βD

3．4．2 结构能力对数正态标准差βC

3．4．3 离差系数组合值βcom

3．4．4 墩高对离差系数组合值的影响分析

3．4．5 跨径对离差系数组合值的影响分析

3．4．6 配筋率对离差系数组合值的影响分析

3．5 小结

4 高铁三跨连续梁桥抗震性能指标量化研究

4．1 桥梁性能指标量化研究

4．2 钢筋混凝土桥墩的性能水准定义

4．3 桥墩剪切破坏判别

4．3．1 Priestley剪切破坏准则

4．3．2 抗剪验算结果

4．4 桥墩性能参数量化

4．4．1 地震中材料的应力应变关系

4．4．2 墩高对性能指标的影响

4．4．3 桥梁跨径对性能指标的影响

4．4．4 配筋率对性能指标的影响

4．4．5 体积配箍率对性能指标的影响

4．4．6 漂移比分析

4．4．7 漂移比限值对比分析

4．4．8 损伤指数DI研究

4．5 小结

5 考虑支座损伤的高铁连续梁桥抗震性能研究

5．1 模型概况、支座损伤状态研究及参数取值

5．1．1 支座损伤状态

5．1．2 模型概况及支座布置

5．1．3 支座参数选取

5．1．4 截面弯矩曲率分析

5．2 支座剪力与位移验算

5．2．1 反应谱分析

5．2．2 非线性时程分析

5．3 支座失效对连续梁桥的影响

5．3．1 支座失效后连续梁桥纵向响应变化

5．3．2 支座失效后连续梁桥工作模式探究

5．3．3 支座失效后连续梁桥横向响应变化

5．4 支座失效后碰撞响应分析

5．4．1 碰撞参数选取

5．4．2 伸缩缝宽度对碰撞响应的影响

5．4．3 桥墩高度对碰撞响应的影响

5．4．4 碰撞对桥梁性能的影响

5．5 小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

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