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原文传递强震作用下斜交连续梁桥地震反应及减震控制研究

论文题名：	强震作用下斜交连续梁桥地震反应及减震控制研究
关键词：	斜交连续梁桥;强震作用;地震反应;减震控制
摘要：	为了满足地形和线路的需求，斜交桥在高速公路、城市道路和交通枢纽工程中得到了广泛应用。由于其结构的特殊性，其地震反应较正交桥更加复杂；在历次破坏性地震中，斜交桥发生落梁、主梁旋转、桥墩损伤破坏、相邻结构(构件)间的碰撞等震害比较突出。减隔震技术作为提升桥梁抗震能力的重要手段，已被广泛应用于桥梁结构、建筑结构等领域。但是，减隔震技术目前在斜交桥中应用较少，斜交桥的地震损伤控制方法、减隔震设计等尚处于探索阶段。本文以1座4跨斜交连续梁桥为研究对象，分析了在不同类型地震动作用下采用传统板式橡胶支座且有固定墩的非隔震斜交桥的地震反应和损伤情况，并研究了斜交桥采用铅芯橡胶支座(LRB)时的减震效果；在此基础上，研究了近断层地震动作用下LRB考虑环境温度和铅芯变形发热对隔震斜交桥地震反应的影响；最后，基于功能分离设计理念提出了“支座+支撑”减震控制系统，研究其减震控制系统在地震作用下的减震效果和自复位性能。主要工作如下：　　(1)归纳了国内外强震中斜交桥的震害状况及破坏机理，着重调查了汶川地震中所有斜交桥的震害情况，总结出斜交桥在设计及减震中应注意的问题。另外，从动力计算模型、地震反应、数值与试验研究、损伤控制等方面综述了斜交桥的研究现状，以及温度对LRB的影响和减隔震桥梁设计方法的研究情况。　　(2)为了研究不同类型地震动对斜交桥地震反应的影响，选取具有向前方向性效应、滑冲效应、无速度脉冲效应的近断层地震动记录和远场地震动记录对斜交桥进行非线性时程分析，对比分析了在强地震动作用下的采用传统板式橡胶支座和采用LRB进行隔震的斜交桥地震反应及损伤状况。研究表明：在近断层地震动和远场地震动作用下，采用板式橡胶支座的斜交桥固定墩和挡块发生了严重的损伤；具脉冲型的近断层地震动对斜交桥会产生更为强烈的地震反应，固定墩和挡块更容易发生损伤破坏。采用LRB对斜交桥可以起到较好的减震效果，其减震率均在50%以上；　　(3)铅芯橡胶支座在循环往复运动下，因其内部铅芯发热而导致支座刚度和强度的退化；同时，LRB长期裸露在外界环境中，受环境温度的影响其力学性能也有所改变。LRB的力学特性主要由特征强度Qd和屈服后刚度Kd决定，从橡胶和铅本身的材料特性层面进行修正，从而考虑低温对LRB特征强度Qd和屈服后刚度Kd的影响，同时考虑LRB往复运动时内部铅芯变形发热对其力学性能的影响，研究了在近断层地震动作用下隔震斜交桥的地震反应与环境温度、铅芯变形发热及斜度的关系。研究表明：低温环境对隔震斜交桥的地震反应和支座剪力的影响较为显著，铅芯变形发热对隔震斜交桥地震反应和支座剪力的影响较小；环境温度和铅芯变形发热共同作用时，桥墩纵、横向墩底剪力和扭矩都被显著放大，而主梁的旋转度则被减小，桥墩纵向墩底剪力和扭矩的放大程度随着斜度的增大而逐渐增大，在-30℃低温下60°斜交桥桥墩的纵向墩底剪力和扭矩分别被放大20%和39%。　　(4)基于“功能分离”的设计理念，通过四氟乙烯滑板支座来承担主梁的竖向荷载，通过设置自复位耗能支撑(SCEDB)和屈曲约束支撑(BRB)来控制主梁的水平位移，建立“支座+支撑”减震控制系统；通过基于位移的抗震设计方法确定支撑参数，对比分析了采用SCEDB或BRB减震控制系统的抗震性能和减震效果；最后，从功能可恢复的角度，针对斜交桥提出SCEDB和BRB组合最佳的减震控制系统。研究表明：设置滑板支座和耗能支撑的减震控制系统，都能够很好地控制墩梁相对位移，且SCEDB支撑可以减小甚至消除墩梁间的残余位移；对于不同斜度的斜交桥，当自恢复力比(自恢复力与上部结构重量之比)ζ=0.033时，SCEDB和BRB的组合使用可以达到最佳减震效果，充分发挥了SCEDB自复位特性和BRB耗能特性。
作者：	张展宏
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	石岩
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州理工大学
学位年度：	2020
正文语种：	中文