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原文传递大跨拱桥梁式拱上建筑减震控制研究

论文题名：	大跨拱桥梁式拱上建筑减震控制研究
关键词：	大跨上承式钢筋混凝土拱桥;拱上建筑;抗震设计;地震响应;易损性
摘要：	地震是最严重的自然灾害之一，拱桥是我国西南山区地区运用最广泛的一类桥型。与梁式桥和斜拉桥比较，拱桥构造形态优美、跨越能力大、耐久性好，是250-600m范围内竞争力最大的桥梁结构形式，并且拱桥作为交通枢纽的重要组成部分，一旦桥梁遭受破坏，将导致巨大的财产损失和生命安全。对于中小跨径上承式拱桥，拱上建筑的高矮墩差距的问题虽然还不明显，随着拱桥跨径的增大，拱圈跨径和拱上立柱高矮墩的差异都会越来越大，在地震作用下的响应特征也变得更为复杂。目前学者们对拱桥地震响应的研究成果已比较成熟，但对于大跨上承式拱桥高矮不一的拱上立柱的地震响应不均的问题解决办法尚不完善。本文通过对跨径的优化，对比分析优化前后不同形式的拱上建筑的地震响应和易损性，为高度相差过大的不规则梁桥和拱桥的抗震设计和加固提供参考。本文以某大跨上承式钢筋混凝土拱桥为例，基于有限元计算软件SAP2000展开研究，主要研究内容与结论如下：　　（1）以跨径为优化参数，通过拱轴线悬链线方程表示出各桥墩高度，两联间的桥墩-支座的组合刚度差为目标函数，在满足构造条件的约束条件下，使用Matlab遗传算法对跨径进行优化。使用SAP2000建立优化前后的全桥有限元模型，对优化前后的动力特性，拱上立柱、主梁以及拱圈关键承重构件的位移和内力地震响应特性进行了对比分析。研究发现：拱上建筑中桥道梁结构的连续构造能减小主梁的最大位移，优化后的拱上建筑形式减小了主梁的最大位移和两联间的相对位移，各桥墩的弹塑性状态相对更均匀。　　（2）基于IDA方法和易损性分析理论，对优化前后的拱上建筑的关键构件（拱上立柱、支座和主梁）进行了易损性分析对比，基于是否考虑关键构件之间的相互作用，对结构进行了系统易损性分析。研究发现：不同形式的拱上建筑结构在地震作用下各构件不同损伤状态的损伤概率，都随地震动峰值加速度PGA的增大而增大，越接近拱顶处的拱上立柱和支座，越容易破坏。优化后的拱上建筑形式，各构件的损伤概率都有不同程度的减小，验证了优化算法的正确性。拱上建筑的系统损伤概率均大于各构件单独破坏的概率，按构件来评判拱上建筑系统的易损性会高估拱上建筑的抗震性能。　　（3）通过调整拱上建筑跨径配合支座刚度设计、只调整跨径和只设计支座刚度进行对比分析，得到不同的拱上建筑形式优化方案，建立不同的优化模型进行对比分析，研究发现：调整支座刚度可以通过按墩底剪力相等和墩底弯矩相等的原则设计，对拱顶处矮墩内力能起到一定程度的改善作用，按墩底剪力相等原则比墩底弯矩相等原则设计支座刚度对桥墩受力更合理。调整跨径同时配合支座刚度设计比单独考虑跨径和支座对桥墩受力和主梁位移的减震效果更好。
作者：	康洵
专业：	土木工程;桥梁与隧道工程
导师：	郭增伟
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022