详情

原文传递非规则高墩曲线桥梁抗震性能及地震灾变机理研究

论文题名：	非规则高墩曲线桥梁抗震性能及地震灾变机理研究
关键词：	高墩曲线桥;桥梁结构;地震荷载;抗震设计
摘要：	随着我国西部大开发计划的顺利实施，在我国西南山区建设了大量非规则高墩曲线桥梁。该类桥梁结构以其平面和立面的严重非规则性，使得结构内力耦合复杂，荷载传递路径不明确，导致地震灾害严重。对于非规则高墩曲线桥梁，结构地震响应影响机理复杂，关键构件损伤演化规律不明显，使得其地震灾变机理分析复杂化。鉴于此，本文主要对非规则高墩曲线桥梁结构的地震响应、高墩静力及动力稳定性、高墩地震波竖向时滞进行了探讨。为实现单振动台的多点激励试验，还对振动台扩展系统进行了研究。　　本研究主要内容包括：⑴利用结构动力学基本原理，为实现单振动台对结构进行多点激励的试验目的，提出地震模拟振动台扩展系统概念。根据扩展系统的工作机理，分别建立单向、多向的振动台扩展系统理论分析模型。利用多点激励理论，推导扩展系统的动力运动方程，给出扩展子台动力响应的解析解。通过研制单向扩展系统，进行振动台单向扩展系统的试验研究，利用算例验证多向扩展系统的可行性。⑵根据结构动力试验的结构-模型相似理论，设计并制作缩尺比为1：20的钢筋混凝土非规则高墩曲线桥梁，对其进行地震模拟振动台试验。通过对动力试验结构特征点动力参数分析，结合有限元仿真模拟，研究非规则高墩曲线桥梁结构的地震响应效应，研究结构基本动力特性的变化规律，建立该类结构的地震灾变模式，探讨高桥墩的损伤状态和裂缝开展规律。⑶利用地震模拟振动台扩展系统，实现对非规则高墩曲线桥梁结构进行多点激励试验研究。通过考虑不同场地地震波的局部场地效应，结合地震模拟振动台试验测试数值结果，分析研究非规则高墩曲线桥梁结构在多点地震激励荷载模式作用下结构特征点的地震动力响应规律，建立评判结构的地震响应的指标体系。⑷依据摩擦滑移隔震概念，分析摩擦滑移隔震橡胶支座的两种工作状态，建立支座的力-位移曲线关系，探讨其计算方法和耗能机理。通过对设置摩擦滑移支座的非规则曲线桥梁进行振动台试验，分析不同场地、不同强度地震波对不同高度桥墩的隔震效果，研究非规则高墩曲线桥梁结构的摩擦滑移隔震机制。⑸根据平截面假定，通过考虑高桥墩大位移变形产生的几何非线性影响，建立了弹性压弯杆的振动控制微分方程，利用变步长龙格-库塔法对随机地震荷载作用下高桥墩动力响应进行解析，结合 B-R运动判定准则，对高桥墩的动力运动稳定状态进行评定，建立高墩动力失稳临界荷载和失稳时刻的计算方法。⑹通过分析弹性中心压杆失稳时杆端的转角比关系，结合转角递归法，建立正、反对称结构的失稳状态方程。推导无侧移、有侧移及双肢薄壁高墩的转角比递归公式，给出无侧移、有侧移及双肢高墩桥梁整体稳定承载力的计算公式。⑺根据经典梁理论，结合典型杆单元节点变位与杆件内力关系，构造典型杆单元状态向量的传递关系。结合 d'Alembert原理，建立质点模型状态向量的递推公式，提出变截面单元分析的传递矩阵法。根据结构动力分析离散时间序列性，推导节点状态向量的时间传递关系，建立变截面单元波动分析的传递矩阵法。通过研究地震波在高桥墩的竖向波动传播，分析探讨了桥梁结构在地震波竖向时滞效应作用下的地震响应规律。
作者：	程麦理
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	李青宁
授予学位：	博士
授予学位单位：	西安建筑科技大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文