详情

原文传递考虑施工过程影响的高墩大跨度连续刚构桥地震反应与损伤分析

论文题名：	考虑施工过程影响的高墩大跨度连续刚构桥地震反应与损伤分析
关键词：	高墩大跨度连续刚构桥;施工阶段;地震反应;结构损伤
摘要：	连续刚构桥由于其优越的受力性能，故其在中大等跨径桥梁中备受青睐。随着材料和施工技术的不断革新，连续刚构桥正朝着桥墩更高、跨径更大的方向发展，现已成为跨越江河、峡谷的常用桥型之一。然而，由于连续刚构桥的结构体系和施工方法不同于简支梁桥和连续梁桥等其它桥型，尤其是连续刚构桥属于多次超静定结构，其施工工期一般较长且需经历多次体系转换，施工期间结构自重、桥面铺装、预应力、施工荷载及收缩徐变等因素对实际施工阶段和成桥内力状态具有很大的影响，使得连续刚构桥成桥前后其内力状态差异较大，在分析连续刚构桥地震反应或评估其地震损伤时，如果不考虑施工过程的影响，将导致不准确的结果。因此，本文以一座跨径为(120+220+120)m、墩高达到85m的连续刚构桥为背景，考察其在强震作用下的地震反应与损伤情况，分别对实际内力状态下的典型施工阶段桥梁和整体桥梁进行地震反应与损伤分析研究，同时采用耐震时程法对连续刚构桥的抗震性能进行评估。主要研究工作如下：　　(1)归纳了连续刚构桥的发展概况和震害特征，梳理了汶川大地震中遭受严重损伤的庙子坪大桥的震害，总结了连续刚构桥的地震反应特征、损伤分析、损伤控制方法，以及邻近断层时的抗震问题。　　(2)采用MIDAS/Civil建立了一座高墩大跨度连续刚构桥的施工阶段模型并进行分析，获取了连续刚构桥在不同施工阶段和成桥时的内力状态。再基于MIDAS/Civil和OpenSees软件建立桥梁的动力分析模型，通过动力特性分析验证了动力模型的正确性。　　(3)针对高墩大跨度连续刚构桥在施工阶段与成桥状态时结构体系和动力特性存在较大差异的问题。选取施工期间典型的5个T型刚构为研究对象，采用MIDAS/Civil进行施工阶段分析并得到各个阶段的内力状态；提出了一种模拟主梁关键截面真实内力状态的简化方法，以桥墩顶部位移、位移延性系数、Park-Ang损伤指数和主梁位移、钢筋应变为考察指标，对比分析了各指标在桥梁不同施工阶段的地震反应与损伤情况。结果表明：处于典型施工阶段的桥墩在近断层地震动作用下会发生较严重的地震损伤，且随着施工主梁悬臂段的增长桥墩的地震损伤更严重，横桥向损伤程度较纵桥向严重，纵桥向墩底损伤程度较墩顶严重。　　(4)建立包括主桥和引桥结构的连续刚构桥动力分析模型，模型考虑了施工阶段真实内力状态对桥墩和主梁的影响，并且考虑了主梁端与桥台和引桥、引桥与桥台，以及引桥之间的连锁碰撞效应；通过输入近断层地震动进行非线性时程分析，考察了刚构桥的地震反应与损伤状态。结果表明：主梁边跨在地震作用下发生的横向“摆尾”和竖向“拍击”现象印证了汶川地震中庙子萍大桥的震害特征；过渡墩伸缩缝的碰撞力大于其他位置伸缩缝碰撞力且过渡墩损伤大于其他桥墩损伤；主梁梁端位移随初始间隙的增大而增大，引桥则相反；伸缩缝处的碰撞力和碰撞次数随主引桥周期比的增大而减小。　　(5)利用一种新型的抗震研究方法——耐震时程法(Endurance Time Method,ETM)对连续刚构桥的抗震性能和地震损伤进行了评估。首先基于耐震时程法基本理论合成随时间增加而地震动强度不断增大的耐震时程曲线，通过把ETM法和IDA法进行对比验证ETM法的适用性，并采用ETM法研究了高墩大跨度连续刚构桥的地震反应和损伤分析。结果表明：耐震时程法可以应用适用于大跨度连续刚构桥体系的抗震性能分析和损伤评估；主桥和引桥的桥墩和梁体在同一耐震时间所对应的地震反应不同，且耐震时程法可以预测伸缩缝处相邻梁体间第1次发生碰撞的时间和碰撞力大小；在小震(耐震时间短)作用下主桥桥墩的损伤小于引桥桥墩的损伤，而大震(耐震时间长)作用下主桥桥墩的损伤要大于引桥桥墩的损伤。
作者：	张奋杰
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