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原文传递地震下考虑台背墙损伤的多联桥梁伸缩缝处碰撞效应研究

论文题名：	地震下考虑台背墙损伤的多联桥梁伸缩缝处碰撞效应研究
关键词：	多联多跨梁桥;地震作用;台背墙损伤;伸缩缝;碰撞效应
摘要：	总结历次震害教训，我们发现，结构间的碰撞一直是导致桥梁损毁的一个重要因素。对于采用板式橡胶支座的梁式桥，因其梁体与墩台间的连接较为薄弱，地震过程中，主梁易出现较大滑动，导致主梁与桥台背墙间发生碰撞，碰撞将会产生较大撞击力，不仅碰撞局部发生较大损伤，且较大的撞击力易使得桥台背墙或其基础出现损伤，而桥台破坏还可能导致梁体落梁的发生。目前，对于多联多跨梁体与台背墙间的碰撞研究尚不多见，对桥台的地震失效机理还缺乏深入了解。基于此背景，本文选取某座三联连续梁桥为算例，采用时程分析法分析了多联连续梁桥伸缩缝处碰撞效应及强震下台背墙损伤对多联桥梁地震响应的影响规律，并就台背墙损伤可能引起的落梁问题，开展了两种防落梁措施的效果研究。本文所做的主要研究工作和得出的结论主要有：　　（1）建立了算例桥梁的精细化有限元模型，在此基础上建立了不考虑碰撞、仅考虑边联主梁与台背墙碰撞、同时考虑邻梁间的碰撞和边联梁体-台背墙三个工况模型，顺桥向加载所选30条地震波进行非线性时程分析，研究了多联连续梁桥中间联、边联和台背墙连锁碰撞对全桥碰撞效应的影响；然后，在考虑双边碰撞的工况模型基础上，建立了相应的工况模型，对台后填土性质、碰撞刚度和碰撞间隙作了参数影响分析。结果表明，考虑双边碰撞，落梁风险较小，但边联主梁对台背墙的撞击明显加强，桥台结构及台后填土、桩周土体的地震响应显著增大，易引起桥台破坏；碰撞间隙的增大、碰撞刚度的减小以及台后填土的被动土压力和刚度同时折减，均会减轻梁体对台背墙的碰撞作用，降低桥台的地震响应。　　（2）考虑了多联连续梁桥台背墙在强震作用下可能会发生的损伤破坏，基于Megally等人提出的转动刚体模型，分析台背墙的破坏机理，探讨台背墙的力-位移关系；在此基础上建立考虑台背墙破坏的有限元分析模型；通过对比是否考虑台背墙的损伤两种工况下的桥梁地震响应，探索了考虑台背墙的损伤破坏对多联连续梁桥碰撞效应的影响规律。结果显示，强震下台背墙的损伤破坏会显著削弱伸缩缝处的碰撞力，并使桥台桩基的地震响应均明显降低，桩周土体的塑性变形显著减小，但随之而来的却是主梁位移、墩-梁相对位移的增大，落梁风险增大。　　（3）针对台背墙破坏引起的墩-梁相对位移增大，可能造成落梁的问题，考虑了两种形式的防落梁的措施——梁间弹性拉索连梁装置和墩-梁弹塑性拉索限位装置，分析各自的防落梁效果及对桥梁地震响应的影响，并对连梁拉索的初始间隙和刚度、限位拉索的屈服力和初始间隙作了参数分析。结果显示，梁间拉索连梁措施的防落梁作用不太理想，也不能有效抑制桥台背墙的损伤情况；墩-梁拉索限位措施可以有效地降低边联梁体-过渡墩的相对位移需求，降低落梁风险，台背墙的损伤破坏也出现改观；但墩-梁限位拉索的弊端是引起了过渡墩墩柱地震响应的增大；为防止落梁、控制台背墙损伤，且减小对过渡墩的不利影响的原则，结合参数分析结果，建议限位拉索的初始间隙取5cm左右，拉索屈服力取过渡墩等效屈服力的0.5倍左右。
作者：	魏征
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	邓育林
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2021