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原文传递近断层地震动作用下多跨简支梁桥破坏机理典型案例研究

论文题名：	近断层地震动作用下多跨简支梁桥破坏机理典型案例研究
关键词：	多跨简支梁桥;近断层地震动作用;破坏机理;非线性动力时程分析
摘要：	中国是世界上地震高发的国家之一，同时中国也是一个桥梁大国，数量众多类型不同的桥梁是中国交通的重要组成部分。在此背景下，地震常常影响着桥梁的运营安全，特别在中国西部大地震频发，威胁着人民的生命与财产安全。多跨简支梁桥是在中小跨径桥梁中应用较为广泛的一种桥型，但在近断层地震动作用下，多跨简支梁桥常常会出现破坏。研究其相应的破坏机理是采取减隔震措施的关键。本文在对相关文献进行回顾的基础上，针对2021年玛多地震中发生破坏的野马滩大桥进行了以下工作: 　　(1)对野马滩大桥震害特点分析。本文根据现场调查对野马滩大桥的震害进行了较为详细的介绍。野马滩大桥在近断层地震动作用下高阻尼橡胶支座发生破坏，上部结构发生较大位移，最终导致落梁。落梁特征主要为主梁位移沿断层法向，具有一定的方向性。针对大武台站地震记录进行全方位加速度反应谱分析发现大武台地震记录的卓越角度与野马滩大桥的桥梁轴线走向较为接近，但大武台距离震源较远，无法体现野马滩大桥处的近断层地震动的特性。　　(2)利用走滑断层跨断层地震记录的合成方法对玛多地震近场地震动进行模拟。针对野马滩大桥附近无近场记录的情况，采用MP03模型以及A02模型进行了近断层地震动记录的合成，并与大武台记录进行了叠加。全方位加速度反应谱计算发现叠加后的地震记录的卓越角度并未发生较大变化，但叠加后的地震动加速度峰值仍然偏小，作为结构输入无法满足震害分析的需求。利用Python语言开发了Midas模型向OpenSees模型转换的接口，基于OpenSees平台对野马滩大桥进行数值模拟。采用遗传算法针对输入的三向地震动加速度峰值进行了寻优，得到桥址位置处垂直于断层、平行于断层以及竖向的地震动加速度分别为0.68g、0.41g、0.37g，满足了结构分析需求。　　(3)提出了考虑高阻尼橡胶支座破坏的本构模型，并进行了野马滩大桥地震反应分析。非线性动力时程分析表明:采用支座完好的本构关系计算结果偏小，需考虑支座破坏后的本构。结果表明支座顺桥向主要受到破裂方向性效应的影响，支座横桥向受到滑冲效应的影响，支座破坏后，主梁失去约束最终导致了落梁。　　(4)进行了基于非光滑方法的桥梁主梁碰撞分析。碰撞在野马滩大桥震害中也是一个较为显著的特征。基于非光滑多体系统动力学针对野马滩大桥的主梁几何条件进行了碰撞分析。地震输入平动方向采用了合成并调幅后的地震记录，根据平动地震记录得到了扭转地震动作为主梁扭转方向的输入。结果表明，野马滩大桥中碰撞主要为多点碰撞，单点碰撞出现的较少，主梁发生旋转的角度较小。桥梁顺桥向随着PGA的增大，顺桥向位移与转角都会变大，而横桥向随着PGA的增大横桥向位移增大，但转角会随着PGA的增大而减小。摩擦系数主要影响着转角的变化，对顺桥以及横桥向位移没有影响，转角在摩擦系数为0.1～0.4之间随着摩擦系数的增大而逐渐减小，在0.4之后并不会发生改变。
作者：	俎林
专业：	土木工程；桥梁与隧道工程
导师：	黄勇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	中国地震局工程力学研究所
学位年度：	2022