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劲性骨架混凝土拱桥地震反应分析及减隔震控制
| 论文题名： | 劲性骨架混凝土拱桥地震反应分析及减隔震控制 |
| 关键词： | 大跨度拱桥;钢管混凝土劲性骨架;时程分析;摩擦摆支座;减隔震;减震控制 |
| 摘要： | 混凝土拱桥在西部地区的大跨度桥梁建设中有一定的优势，但西部地区地震频发，地震作用将是决定大跨度劲性骨架混凝土拱桥使用寿命的重要因素。目前对大跨度劲性骨架混凝土拱桥的抗震尤其是减隔震缺乏有效的探索与研究。本文以一座计算跨径为600m的上承式劲性骨架混凝土拱桥作为工程背景，围绕着结构动力问题，采用理论分析与数值计算，对劲性骨架混凝土拱桥展开地震反应和减隔震策略研究。主要工作研究内容及结果有： （1）根据钢管混凝土劲性骨架拱肋的结构特点，研究大跨度劲性骨架混凝土拱桥的数值模拟方法，在此基础上，借助有限元软件建立单梁模型和杆系板梁模型，对比不同模型自振特性。结果表明不同的建模方式对动力特征的影响较小，同时本桥第一阶固有频率较低，仅为0.154Hz，属于长周期柔性结构，整体刚度较小。 （2）采用时程分析法研究大跨度劲性骨架混凝土拱桥受多维一致地震激励和行波激励的响应，研究其在地震作用下的传力机理、内力分布及变形状态，作为减隔震对策研究的基础。结果表明，横向地震下拱脚轴力大约是纵向波的3.9倍，竖向波的4.6倍。竖向地震作用下拱脚的轴力和面内弯矩约为纵向、横向地震作用下的85%、22%和15%、85%。横向地震对拱肋的影响最大，其次是纵向地震，竖向地震的影响相对较小。 （3）根据上承式拱桥拱上立柱的结构特点来设计减隔震设计方案，优化后的摩擦摆支座加阻尼器的减隔震方案在控制墩梁位移的同时，能较为均衡地分配拱上立柱底部的弯矩和剪力，对隔震前内力较大的立柱的减震效果明显，最大减震率为64%。纵向地震作用下拱肋的减震效果比较明显，拱脚轴力和面内弯矩减震率为7.3%和23.9%，而横向地震作用下拱肋的减震效果不明显。 （4）选取中部两跨作为调谐质量阻尼器系统的质量块，研究了FPB-TMD的对拱桥的减震控制效果。结果表明，在FPB-TMD系统的滑动半径为9.5m时，对主拱横向地震有较好的控制效果；虽然FPB较小的摩擦值会使减震效果更好，但会使作为TMD的中间两跨梁产生较大的位移，加大了风险系数，而摩擦系数过大可能会导致FPB-TMD系统停止运动而失效，摩擦系数在0.03时FPB-TMD的变形需求为0.539m，拱顶的位移减震率为18.6%，拱脚轴力和面外弯矩减震率为13%和14%。 |
| 作者： | 谢松茂 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 谢开仲 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 广西大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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