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原文传递强震下隔震连续梁桥碰撞效应与减碰控制研究

论文题名：	强震下隔震连续梁桥碰撞效应与减碰控制研究
关键词：	隔震连续梁桥;碰撞响应;减碰控制;弹性拉索;阻尼系数
摘要：	随着社会经济与科学技术水平的快速发展，隔震技术被广泛应用于我国的建筑结构和桥梁工程中。隔震系统的使用可以有效减小主体结构受到的地震作用，但隔震系统较小的水平刚度往往会导致结构在地震下发生较大的水平位移。对于混凝土隔震连续梁桥而言，这将会使得相邻联主梁之间或者主梁与桥台之间发生碰撞，导致主梁混凝土的破坏、支座损坏，甚至可能带来主梁落梁等严重后果。针对强震作用下隔震连续梁桥主梁与桥台间碰撞问题，本文主要进行的工作与取得的研究成果如下: 　　(1)采用结构多尺度建模方法建立了隔震连续梁桥有限元模型并验证其准确性。　　为减小有限元模型单元数量与计算耗时，分别利用实体单元和梁单元建立了隔震连续梁桥的几何模型，并采用耦合自由度方式处理梁单元与实体单元间的位移协调关系。通过与全实体建模在动力特性和单次碰撞方面的对比可以发现，结构多尺度建模可以准确模拟原结构的动力特性，达到与全实体模型同样的计算精度。在仅有纵向地震动输入的情况下，隔震连续梁桥主梁在低速下的碰撞响应与由一维弹性应力波理论得到的结果一致，表明本文建模方法和接触算法的正确性。　　(2)研究了不同地震动特性对隔震连续梁桥碰撞响应的影响。　　首先选取了无脉冲和有脉冲共30条强震记录，以PGA/PGV作为描述地震动频谱特性的指标，计算了不考虑碰撞时的主梁位移响应，发现主梁最大纵向位移随着PGA/PGV的增加而逐渐减小;而当考虑碰撞时，最大碰撞力的变化关系与地震动是否含有脉冲有关;以脉冲周期Tp作为脉冲地震动脉冲指标，若Tp与结构纵向平动周期（屈服前或屈服后）较接近时，则最大碰撞力较大，而当脉冲周期与结构纵向平动周期相差较大时，最大碰撞力较小;以PGA来描述地震动幅值特征时，对于大多数选取的地震动，最大碰撞力均随着PGA的增加而增加，但对于某些情况下，PGA的增加也可能会导致最大碰撞力的减小。　　(3)研究了桥梁关键参数对隔震连续梁桥碰撞响应的影响。　　分别以典型无脉冲和有脉冲地震动作为输入，计算了不同伸缩缝间距下主梁的碰撞响应，结果表明，主梁最大碰撞力和最大墩底剪力均随着伸缩缝间距的增加呈现出先增加后减小的趋势;以隔震支座初始刚度和屈服位移作为研究指标，对其进行参数化分析表明碰撞响应变化趋势不明显，但碰撞响应随支座屈服力的变化有一定的特点;通过改变主梁横向密度分布来模拟主梁由施工误差等造成的偶然偏心，计算了不同偏心情况下的碰撞响应，结果表明碰撞响应的变化随着偏心程度的增加而变大，但最大碰撞力与无偏心时的结果差距不大。　　(4)利用不同方式对隔震连续梁桥碰撞响应进行控制。　　首先在主梁端部安装橡胶材料来对碰撞响应进行控制，当主梁与桥台发生碰撞时，橡胶材料在两者之间起到缓冲的作用，可以显著增加碰撞持时，从而起到减小碰撞力的作用;将弹性拉索安装在主梁与桥台之间，通过提供纵向附加刚度控制主梁纵向位移，若弹性拉索刚度较小，则可能增大主梁的最大碰撞力，只有当弹性拉索刚度足够大时，才可以起到减小碰撞力、甚至防止碰撞的作用;在主梁下部与桥台之间设置粘滞阻尼器可以有效的耗散地震能量，但当阻尼系数较小时，碰撞响应会随着阻尼系数的增加而增大;只有当阻尼系数足够大时，阻尼器才能通过耗散大量地震能量达到减小碰撞响应的效果。
作者：	沙奔
专业：	土木工程；防灾减灾工程及防护工程
导师：	李爱群
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文