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原文传递高烈度山区梁桥延性抗震设计技术研究

论文题名：	高烈度山区梁桥延性抗震设计技术研究
关键词：	梁式桥;延性抗震设计;能力保护构件;抗滑稳定性
摘要：	采用延性抗震设计的桥梁，能力保护构件的设计是其重要的设计内容之一，但是我国在这方面的研究相对较少，参考文献也不多，关于能力保护构件设计的相关参数取值大多是借鉴美国规范，但是，我国桥梁与美国桥梁的结构形式和设计参数也存在较大差异，如我国常见的高墩桥梁，在美国就很少见。设计人员对能力保护构件设计和塑性铰设计如何合理匹配、最不利轴力的选取、能力保护构件计算流程等存在一些疑惑，如塑性铰设计过强，可能导致能力保护构件难以设计，因此有必要针对我国的梁式桥的能力保护构件计算方法做进一步深入研究，梳理清楚计算流程和参数选取方法。本文的主要研究内容如下：　　（1）总结了目前能力保护设计的研究现状，阐述了桥梁抗震分析与能力保护设计计算的区别和关系，介绍了能力保护构件计算流程，针对不同的基础形式，给出了静力计算子模型建立方法以及荷载施加的注意事项，即剪力与弯矩的施加应取最不利组合，剪力加载方向对桩产生的效应和加载弯矩相同。　　（2）以实际工程为背景，通过分别选取恒载轴力、恒载轴力与地震最大、最小动轴力的组合，计算各能力保护构件的效应和设计值，通过对比分析给出了最不利轴力的选取方法。结果表明：顺桥向不考虑竖向地震作用时，最不利轴力可取恒载轴力；顺桥向考虑竖向地震作用时以及横桥向最不利轴力应取恒载轴力加上地震动轴力绝对值最大值。　　（3）通过改变延性墩柱墩高以及塑性铰区的纵筋率、箍筋率、截面尺寸、混凝土强度，计算墩柱抗剪、基础、盖梁和支座的能力需求比，分析各因素对能力保护构件设计的影响规律和敏感性。结果表明：墩柱纵筋率、截面尺寸和墩高对能力保护构件设计的影响较大，箍筋率、混凝土强度的影响较小。　　（4）通过建立不同墩柱弯矩能力需求比的模型，结合能力保护构件的构造、施工等因素，研究分析不同墩柱弯矩能力需求比下能力保护构件设计需求的规律。结果表明：墩柱弯矩能力需求比越大，能力保护构件的设计要求相应增加，墩柱弯矩能力需求比取值不宜大于2.5。　　（5）通过改变墩柱与桩基截面尺寸比，计算基础的能力需求比，分析墩柱与桩基截面尺寸比对基础抗震设计的影响规律，并分析桩顶系梁对基础内力设计值的影响。结果表明：桩顶系梁能降低基础横桥向的内力设计值，墩柱与桩基截面尺寸比宜取0.7~0.8。　　（6）合理设置剪力键可减小支座位移和剪力需求，确保支座的抗滑稳定性，对墩的地震响应有一定的影响。剪力键设计中涉及了初始间隙、刚度和强度三要素，初始间隙的设计原则为应保证剪力键在E1地震作用时不工作、E2地震作用时支座不发生滑移；同时剪力键应设计合理的刚度和强度，如剪力键设计刚度过小，则不能有效限制支座位移，过大则会增加与上部结构的碰撞效应，导致强度需求大幅增大；剪力键强度要保证在设计地震作用下剪力键不剪断，超设计地震作用下先于桥墩剪断。根据研究分析认为剪力键设计应基于以下设计原则：一是要能有效减小支座位移和支座剪力，确保支座的抗滑稳定性；二是要根据能力保护设计原则，防止桥墩发生剪切破坏。
作者：	赵帆
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