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原文传递山区高低墩连续梁桥地震响应特性研究

论文题名：	山区高低墩连续梁桥地震响应特性研究
关键词：	高低墩连续梁桥;抗震设计;地震响应;组合抗推刚度;山地地区
摘要：	自20世纪90年代以来，我国的桥梁建设取得了飞跃的发展，尤其是西部大开发战略的深化推进，给西部地区的高速公路建设带来了新一轮高峰。但西部多为山岭丘陵区，地形的影响导致其桥梁多为高墩，且墩高差异较大，相较于平原区的梁桥，还处于地震频发地带。这些特点给山区高低墩桥梁的抗震设计带来了艰巨的挑战。本文首先介绍了国内外山区桥梁的建设和研究现状，地震发生时对桥梁结构各个部位的影响、桥梁地震响应分析的常用方法，包括反应谱分析和动力时程分析方法，以及桥墩和支座组合起来之后抗推刚度的计算方法；其次针对山区常见的四种桥型，利用Midas Civil软件建立多个分析模型，分别探讨了在不同支座布置方案下，顺桥向和横桥向地震作用时的地震响应特性，着重分析地震作用下墩底剪力和弯矩受力情况，在此基础上总结出各桥墩地震力分布与其组合抗推刚度的关系，提出了连续梁桥一联内组合抗推刚度比的推荐取值范围；最后研究了不同墩高下调整支座刚度对墩高差异较大的桥墩墩底内力的改善程度。　　本文的主要研究内容与结论如下：　　（1）利用Midas Civil软件建立有限元模型，以墩高和支座布置形式为分析变量，针对西部地区常见的四种桥型（等墩高桥、跨沟谷桥、跨山头桥、单向坡桥），支座布置方案分别为顺桥向和横桥向均设置合理剪切刚度的普通板式橡胶支座以及桥台处设置纵向活动支座，其余墩设置普通板式橡胶支座，在墩高高差和墩高都不断增大的情况下进行顺桥向和横桥向地震作用下的响应分析，并对各工况共计28个模型的计算结果进行分析比较，得到在顺桥向地震作用下各桥墩墩底内力（剪力、弯矩）分配与考虑支座刚度后的各桥墩组合抗推刚度成正相关的线性关系。低墩由于刚度大承受较大的地震力，而较柔的高墩刚度较小，表现为承担较小的地震力和产生更大的墩顶位移。　　（2）横桥向地震作用下上部结构刚度和桥台的作用对桥墩受力分配有一定影响，但前者影响较小。当桥台处采用双向活动支座避免桥台的影响后，桥墩横桥向地震力分配与组合抗推刚度的关系与顺桥向相同，具有正相关的线性关系。　　（3）随着墩高增加，墩顶位移越来越大，支座位移越来越小，地震作用引起的位移在支座的集中程度逐渐减小，即支座位移/（支座位移+墩顶位移）比值越来越小，将墩底剪力分解为地震作用引起的桥墩剪力和上部结构传来的支座剪力后，得到去除桥墩剪力影响后的墩底剪力与支座剪力具有相同的变化趋势。　　（4）采用Midas Civil软件分析了不同支座布置方案下当中间3#墩高度逐渐增加，相邻桥墩高度不变时墩底剪力和弯矩的变化趋势，得出相邻墩的墩底剪力比V3/V2，4和弯矩比M3/M2，4（对于2号墩和4号墩的墩底剪力及弯矩，取两者的较大值）总体上与相邻墩组合抗推刚度K3/K2，4比具有相同的变化规律。　　（5）综合分析了墩高增加时，相邻墩墩底剪力比-组合抗推刚度比曲线和相邻墩墩底弯矩比-组合抗推刚度比曲线的变化趋势。得到剪力比与刚度比曲线在40m出现拐点的原因是由于高阶振型的参与。并提出了桥墩相邻墩组合抗推刚度比的推荐取值范围：墩高较低时为0.85~1.2，相邻墩中低墩墩高较高大于40m时为0.75~1.3。　　（6）采用Midas Civil软件分析了通过调整支座参数来保证桥梁刚度和质量的均衡分布时墩高的影响。得出墩高较低时，墩底内力的改善效果比较明显，随着墩高增加，效果逐渐减弱。
作者：	罗清文
专业：	建筑与土木工程
导师：	唐光武
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022