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原文传递基于摩擦摆式支座的矮塔斜拉桥减隔震性能研究

论文题名：	基于摩擦摆式支座的矮塔斜拉桥减隔震性能研究
关键词：	矮塔斜拉桥;摩擦摆支座;桥梁抗震;非线性时程分析;支座参数
摘要：	地震是一种常见的自然灾害，会给社会带来严重危害。随着科学技术的不断发展，人类凭借自己的智慧和力量逢山开路遇水架桥，使全国各地的交通更加快速便捷，然而桥梁作为交通枢纽，在地震中又属于易损坏结构，所以桥梁抗震问题不容忽视。矮塔斜拉桥作为一种新型桥梁，因为其新颖的结构外观和独特的受力方式近年来在桥梁工程领域颇受青睐，而随着建造数量的增多，这种桥型的抗震应该也要逐步重视。而摩擦摆支座具有良好的减隔震性能，这种支座利用单摆原理延长结构周期，利用滑动面的摩擦力来耗散地震能量，并且这种支座还拥有自复位能力，目前在桥梁工程中应用广泛。本文以靖远金滩黄河大桥主桥为研究背景，利用Midascivil有限元软件建立不同工况下的主桥模型，采用非线性时程分析法对其进行动力分析。主要研究内容如下：　　（1）阅读国内外摩擦摆支座抗震的期刊文献，国外对这种支座研究较早，而国内起步较晚。然后查阅国内外关于矮塔斜拉桥的资料，对矮塔斜拉桥的发展进行概述，主要对其抗震问题进行了深入了解。　　（2）对摩擦摆支座的构造和减隔震原理进行了简述。介绍了地震波选取的方法，对地震波进行合理选取。介绍了常用的桥梁动力分析方法，本文用非线性时程分析法进行研究。对工程背景进行介绍，靖远金滩黄河大桥主桥（100+168+100）m为三跨矮塔斜拉桥，采用摩擦摆支座进行抗震。　　（3）建立隔震和非隔震的主桥有限元模型，进行了特征值分析，研究结果发现矮塔斜拉桥自振周期相较于斜拉桥相对较小，是一种刚柔结合的桥型。非隔震桥梁结构的一阶周期为0.9489s，而隔震桥梁结构的一阶周期为1.7138s，摩擦摆支座将桥梁结构的自振周期延长了1.81倍，说明这种支座可以有效延长结构周期，减小地震对桥梁上部结构的影响。对桥墩响应结果进行分析，发现隔震结构桥墩内力和位移均小于非隔震结构，摩擦摆支座抗震效果明显。　　（4）对支座参数进行研究，发现摩擦系数对摩擦摆支座的减隔震效果影响较大，在摩擦系数区间[0.035,0.05]范围内，摩擦摆支座的减隔震能力逐渐增大，在[0.05,0.11]范围内，减隔震能力逐渐减小，在不同地震波作用下可以得到最优的摩擦系数范围[0.05,0.065]，在这个区间内摩擦摆支座减隔震效果总体较好。支座曲率半径对摩擦摆支座减隔震性能影响不大。对摩擦摆支座进行参数优化，在地震波1作用下，当摩擦系数为0.05，曲率半径为10.5m时，墩底弯矩和墩顶位移都达到最小值，此时支座参数为最佳。在地震波2、3作用下时，支座摩擦系数和曲率半径的变化对墩身的响应幅值影响不一致，无法在同一组参数下使得墩底弯矩和墩顶位移同时达到最小。总体来讲摩擦系数在区间[0.05,0.065]时，摩擦摆支座均能发挥较好减隔震作用。　　（5）以矮塔斜拉桥墩高为可变参数，保持桥梁其他参数不变，研究不同墩高对摩擦摆支座抗震的影响。分析顺、横桥向的墩身内力和位移，研究结果发现，横桥向地震反应值都大于顺桥向。随墩高的增加，桥梁自振频率呈下降趋势，横桥向和顺桥向的支座减隔震效果都下降。在桥墩高为15m时摩擦摆支座减隔震效果最好。最终结论得出当矮塔斜拉桥桥墩超过30m时，采用摩擦摆支座进行抗震效果不好。
作者：	王富强
专业：	建筑与土木工程
导师：	季日臣;姚璐
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022