高速铁路大跨度RC连续梁桥基于损伤性能的抗震设计方法研究

摘要

当前，高速铁路快速发展，由于高阶模态效应的耦合作用，高速铁路大跨度连续梁桥的地震响应特性明显有别于简支梁桥，且由于其刚度大、支座约束强的特点，和公路连续梁桥也存在显著差别，其抗震设计方法亟待研究。本文以我国高速铁路中典型的大跨度预应力RC连续梁桥为研究对象，开展考虑多模态效应的基于损伤性能的抗震设计方法研究，所完成的工作如下:
　　(1)在调研国内外桥梁抗震设计方法现状及存在的不足的基础上，针对高铁大跨度连续梁桥的结构特征，提出了一种以损伤性能指标DI为设计指标的、考虑连续梁桥多阶模态效应的抗震设计方法，形成了具体、完整的设计流程。
　　(2)以京沪高速铁路某60+100+60m三跨连续梁桥为对象，采用所提出的方法进行抗震设计，并给出了明确的抗震设计结果。建立全桥有限元模型，通过小震下的反应谱法强度验算以及大震下的非线性动力时程法验算，分别从强度指标、变形及损伤指标等角度进行了抗震性能检验，验证了所提出设计方法的可靠性。
　　(3)进一步地，通过和实际算例桥梁抗震性能的对比分析，证明了所建议设计方法的合理性。所建议的设计方法可以供高烈度区高速铁路大跨度预应力RC连续梁桥抗震设计参考。
　　(4)重点讨论了设计损伤性能目标DI、配箍率等参数对抗震设计结果的影响程度及规律，并通过非线性动力时程分析验证了不同条件下设计结果的合理性。对比研究表明，在同样的地震动水平下，桥墩纵筋率随着设计DI值的增大而减小;当设计性能目标DI值一定时，桥墩纵筋率随着配箍率的增大而有所降低，增大配箍率对纵筋的配筋率水平影响程度有限，但可有效降低桥墩损伤。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 结构抗震设计方法的发展历程

1．2．1 基于强度的抗震设计方法

1．2．2 基于位移的抗震设计方法

1．2．3 基于能量的抗震设计方法

1．2．4 基于性能的抗震设计方法

1．3 存在的问题

1．4 本文主要研究内容

1．5 本文研究的技术路线

2 大跨度连续梁桥基于损伤性能的抗震设计方法

2．1 初始设计参数的定义

2．2 基于损伤性能的设计目标的确定

2．2．1 损伤性能评估模型的选择

2．2．2 性能指标的界定

2．2．3 结构预期性能目标的提出

2．2．4 结构损伤指标及对应的等效延性系数

2．3 基于损伤性能目标的位移水平确定

2．3．1 常用设计极限状态

2．3．2 基于破坏控制的极限位移ΔD计算

2．3．3 基于损伤性能目标的最大位移Δd计算

2．3．4 基于EMS方法的桥墩目标位移计算

2．4 等效SDOF体系的定义

2．4．1 等效位移和等效质量的确定

2．4．2 等效阻尼的确定

2．5 等效SDOF体系有效周期Teff和弹性地震力VB的确定

2．6 弹性地震力VB在桥墩间的分配

2．7 迭代设计过程

2．8 桥墩设计

2．8．1 桥墩配箍设计

2．8．2 桥墩纵筋配筋设计

2．9 本章小结

3 60+100+60m三跨高铁RC连续梁桥抗震设计实例

3．1 设计基本参数及性能目标

3．2 横桥向设计流程及结果

3．2．1 设计计算模型

3．2．2 基于破坏控制的极限位移ΔD计算

3．2．3 基于损伤性能目标的最大位移Δd计算

3．2．4 迭代设计过程

3．2．5 桥墩配箍率计算

3．2．6 桥墩纵筋率计算

3．3 顺桥向设计流程及结果

3．3．1 设计计算模型

3．3．2 基于破坏控制的极限位移ΔD计算

3．3．3 基于损伤性能目标的最大位移Δd计算

3．3．4 迭代设计过程

3．3．5 桥墩配箍率计算

3．3．6 桥墩纵筋率计算

3．4 本章小结

4 设计结果的检验

4．1 全桥有限元模型的建立

4．1．1 支座模拟

4．1．2 墩底截面参数计算及塑性铰模拟

4．1．3 全桥有限元模拟

4．2 自振特性分析

4．3 地震记录选取及人工地震波的生成

4．4 顺桥向验算

4．4．1 桥墩强度验算

4．4．2 桥墩位移延性验算

4．4．3 桥墩滞回耗能统计及损伤验算

4．4．4 支座性能分析

4．5 横桥向验算

4．5．1 桥墩强度验算

4．5．2 桥墩位移延性验算

4．5．3 桥墩滞回耗能统计及损伤验算

4．5．4 支座性能分析

4．6 本章小结

5 设计结果与实际桥梁的对比分析

5．1 建模参数

5．2 顺桥向对比

5．2．1 桥墩强度

5．2．2 桥墩位移延性

5．2．3 桥墩滞回耗能统计及损伤指标

5．2．4 支座性能

5．3 横桥向对比

5．3．1 桥墩强度

5．3．2 桥墩位移延性

5．3．3 桥墩滞回耗能统计及损伤指标

5．3．4 支座性能

5．4 本章小结

6 不同设计参数对抗震设计结果的影响规律研究

6．1 不同DI目标值下的抗震设计结果

6．2 不同DI目标值下顺桥向的对比讨论

6．2．1 桥墩位移延性

6．2．2 墩底滞回耗能

6．2．3 墩底损伤

6．2．4 墩底滞回耗能占损伤比例

6．3 不同DI目标值下横桥向的对比讨论

6．3．1 桥墩位移延性

6．3．2 墩底滞回耗能

6．3．3 墩底损伤

6．3．4 墩底滞回耗能占损伤比例

6．4 不同配箍率下的抗震设计结果

6．5 不同配箍率下顺桥向的对比讨论

6．5．1 桥墩位移延性

6．5．2 墩底滞回耗能

6．5．3 墩底损伤

6．5．4 墩底滞回耗能占损伤比例

6．6 不同配箍率下横桥向的对比讨论

6．6．1 桥墩位移延性

6．6．2 墩底滞回耗能

6．6．3 墩底损伤

6．6．4 墩底滞回耗能占损伤比例

6．7 本章小结

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

作者简历

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