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原文传递大跨度高速铁路矮塔斜拉桥减隔震研究

论文题名：	大跨度高速铁路矮塔斜拉桥减隔震研究
关键词：	矮塔斜拉桥;减隔震;黏滞阻尼器;摩擦摆隔震支座;隔震支座
摘要：	矮塔斜拉桥结构独特、造型美观、跨越能力强、施工方便，成为桥梁设计方案中的优选桥型，但梁体自重大，对全桥抗震不利。在不同结构形式的矮塔斜拉桥中，塔梁固结体系的该桥型纵向刚度较大、自振周期较短，因此结构在地震作用下的内力响应较大，应采取合理减隔震措施对桥梁进行抗震设计以控制全桥关键位置的内力与位移。　　以一座主跨224m的塔梁固结、墩梁分离矮塔斜拉桥为例，通过MIDAS/Civil建立有限元模型，采用动态时程分析法研究该桥分别采用黏滞阻尼器和摩擦摆隔震支座后关键截面的内力与位移响应。对减隔震装置的参数进行优化，计算并分析减隔震装置最优参数下的减、隔震率。论文主要研究内容如下：　　（1）叙述矮塔斜拉桥的发展和结构、受力特点。查阅文献，了解近年来桥梁抗震领域的研究现状以及桥梁抗震设计理念的发展衍变。对比桥梁地震反应的分析方法，基于背景工程中的大跨度非规则桥梁，选择动态时程分析法。根据地震激励选取原则，结合桥址地震参数选取三条地震波，调峰组合后输入。　　（2）对背景工程进行了概括，介绍了主梁、桥墩、承台、索塔、斜拉索以及桩基在有限元软件中的模拟方法。考虑斜拉索的垂度效应后，斜拉索等效弹性模量与材料弹性模量相差仅2.67‰，即拉索垂度效应很小，计算中采用拉索材料弹性模量。为研究地基类型对结构动力特性的影响，分别建立了有、无桩基础的桥梁模型，考虑桩-土-结构相互作用后，结构变柔，自振周期增大了0.123s，结构关键位置处的内力小而位移大，即桩-土-结构作用对结构动力特性影响较大。考虑到客运专线对桥梁线形的严格要求，桥梁基础边界条件采用桩基础。为研究减隔震装置的减震耗能效率，以全桥关键位置的内力及位移值作为研究参量，提取了基准模型的对比数据。　　（3）以Maxwell模型模拟黏滞阻尼器，在2#主墩顶与梁体间布设4个阻尼器。为得到该桥黏滞阻尼器的最优参数，分析了该桥在不同阻尼指数与阻尼系数下的地震响应及规律。在最优参数α=0.3，C=10000kN/(m·s-1)0.3下，黏滞阻尼器对结构整体内力减震率达到35.1%~44.7%，位移减震率达到26.0%，有效降低了制动墩的内力与梁体位移，虽导致2#主墩的内力与位移增加，但全桥各墩内力分布趋于均匀。黏滞阻尼器结构自振特性表明：阻尼器不会为结构提供附加刚度，不影响结构固有动力特性。　　（4）以双折线模型模拟摩擦摆隔震支座并在全桥采用。为得到该桥摩擦摆隔震支座的最优参数，保持边墩支座曲率半径为4m，摩擦系数为0.04，主墩支座曲率半径、摩擦系数分别取5~11m、0.02~0.09，分析该桥在不同支座曲率半径与摩擦系数下的地震响应。主墩摩擦摆隔震支座在最优参数R=9m，μ=0.05下，对结构整体内力隔震率达到42.3%~49.9%，位移隔震率达到5.2%。隔震后结构自振频率减小，自振周期延长了0.9018s，桥墩及主塔的内力与位移明显降低，两主墩内力差值减小。主梁位移增加明显，即摩擦摆隔震支座通过大位移实现摩擦耗能从而降低了结构地震响应。
作者：	万乐乐
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	季日臣
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022