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强震下混凝土边疆梁桥的倒塌破坏与控制研究
| 论文题名： | 强震下混凝土边疆梁桥的倒塌破坏与控制研究 |
| 关键词： | 连续梁桥;地震动作用;动力灾变机理;倒塌控制 |
| 摘要： | 本文以钢筋混凝土两跨连续梁桥为研究对象，基于振动台试验和数值模拟，探索多跨连续梁桥在多维地震动作用下的非线性动力灾变机理及其倒塌控制方法，主要工作包括:(1)进行连续梁桥比例模型在多维地震动输入下的地震振动台台阵试验研究;(2)分别基于隐式积分和显式积分技术，建立多跨连续梁桥的空间非线性有限元模型，进行不同地震动输入的非线性动力时程反应分析;(3)进行了高阻尼橡胶支座力学性能试验研究;(4)进行了多跨连续梁桥在多维地震动作用下的倒塌破坏分析，探索其损伤演化、局部和整体倒塌全过程;(5)对比分析了高阻尼橡胶支座隔震、黏滞流体阻尼器减震和lock up速度锁定装置减震等三种倒塌控制方法的控制效果，并尝试建立连续梁桥抗倒塌设计策略。 主要研究结论如下: (1)采用普通橡胶支座的连续梁桥，在纵向短周期地震动下的简支墩振动响应强于固定墩，在纵向长周期地震动下固定墩的振动加速度大于简支墩;横向地震动作用下梁墩横向相对位移大于纵向;长周期地震动比短周期地震动引起更大的上下部结构相对位移，且相对位移峰值并不出现在墩、梁振动最剧烈、振幅最大的时刻。 (2)采用高阻尼橡胶支座隔震后主梁的加速度响应稍有增长而下部结构的加速度响应减弱，简支墩的减震效果尤其显著;同时降低了连续梁结构的上、下部结构的相对位移和落梁的风险;提出了高阻尼橡胶支座的双线性恢复力模型，可应用于此类隔震支座桥梁的地震响应分析。 (3)基于能量平衡原理，提出了连续梁桥基于结构的桥梁倒塌准则;通过t时刻的结构总能量与外力功之比ξ可找到结构损伤和倒塌破坏的潜在时刻，对于两跨连续梁桥建议当能量比小于85％即可判定进入倒塌阶段。 (4)强震下连续梁桥主要发生两种倒塌破坏模式:模式一是中墩先失效进而引起主梁落梁，模式二是墩梁相对位移过大引起整体落梁;提出的损伤指标D可对两跨连续梁模型的损伤状态做出合理、有效评价。 (5)可采用高阻尼橡胶支座隔震、黏滞流体阻尼器减震和lock up速度锁定装置等三种倒塌控制方法提高强震下连续梁桥的抗倒塌能力，其中黏滞流体阻尼器和速度锁定装置均比高阻尼橡胶支座更能有效控制主梁位移。 (6)提出桥梁结构三阶段抗倒塌设计策略，包括概念设计、抗整体倒塌设计、抗连续倒塌设计，抗整体倒塌设计分为延性设计和可恢复性设计两种。在连续梁桥概念设计阶段，可采用高阻尼橡胶支座进行中短周期地震动下结构倒塌控制，采用黏滞流体阻尼器或速度锁定装置进行长周期地震动下结构倒塌控制。 |
| 作者： | 黎雅乐 |
| 专业： | 土木工程；桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 宗周红 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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