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原文传递近断层竖向地震下RC双层排架墩桥梁抗震性能分析

论文题名：	近断层竖向地震下RC双层排架墩桥梁抗震性能分析
关键词：	双层排架墩桥梁;竖向地震动;抗震性能;板式橡胶支座;挡块
摘要：	双层排架墩桥梁是改善城市交通拥堵，解决复杂地形条件下道路通行问题的一种有效方案，在公路及铁路桥梁建设中获得了越来越多的应用。钢筋混凝土（Reinforced Concrete, RC）双层排架墩桥梁在地震作用下受力复杂，桥梁结构的地震薄弱构件易发生严重损伤，包括支座破坏、挡块破坏、主梁相对位移以及排架墩损伤等。深入认识双层排架墩桥梁结构的地震破坏机理，是提高交通生命线工程地震安全的重要手段。　　自20世纪末以来发生的若干次大地震，证实了极震区近断层地震动与工程结构严重震害之间的关联性。进一步研究发现近断层地震动显著的速度脉冲效应、强烈的竖向地震动，是引起结构严重破坏的重要原因。因此本文基于OpenSees数值模拟平台，研究考虑竖向地震动作用下RC双层排架墩桥梁的抗震性能。论文的主要工作及认识如下：　　（1）参考国内某山区双层桥梁的工程背景，建立一座5跨RC双层排架墩桥梁全桥抗震数值分析模型。重点解决的问题包括，钢筋混凝土双层排架桥墩、梁柱连接点纵筋拔出效应、板式橡胶支座刚度和滑移效应、剪切挡块、主梁质量的分布以及主梁与挡块之间的间隙碰撞效应等的模拟分析，并结合试验结果验证了模型的准确性。对RC双层排架墩桥梁进行模态分析，计算出该桥梁结构横桥向的前五阶自振周期及振型。　　（2）从PEER数据库中选取了40组近断层地震动，对单独排架墩和全桥结构的横桥向分别进行抗震性能的分析讨论。设置了两种输入工况，其中工况一：单向水平输入（RC-H），工况二：水平+竖向输入（RC-H+V）；得到了排架墩及全桥结构的地震响应，包括顶层、底层桥墩层间位移角，底层桥墩剪力需求，顶层、底层桥墩墩柱轴压比。顶层、底层支座变形，顶层、底层主梁位移，顶层、底层挡块变形。研究结果表明：考虑竖向地震作用时，单个排架墩的地震损伤更加严重，结构地震响应增大 33%~87%；全桥结构中板式橡胶支座、挡块的地震响应增大15%~37%；全桥结构中排架墩横向响应增大15%以下，顶层、底层排架墩轴向受力分别增大47%、24%。　　（3）为近一步研究竖向地震动强度对RC双层排架墩桥梁地震损伤的影响，从PEER数据库中选取100组地震动数据，将这100组地震动的水平分量PGA均调幅为0.4g，竖向分量PGA按照水平分量PGA的调幅比例进行调幅；将调幅后的100组地震动输入到RC双层排架墩桥梁模型中。在动力时程分析后，以竖向分量PGA比上水平分量PGA（V/H-PGA）为自变量，以桥梁结构的地震响应为因变量，分析V/H-PGA对桥墩结构抗震性能的影响。结果表明：随着V/H-PGA的增加，RC双层排架墩桥梁的上部结构的地震响应均呈增大趋势，而全桥结构中排架墩横向地震响应呈先减小后增大的趋势，排架墩轴向受力呈显著增大趋势。　　（4）基于完成调幅后的100组地震动下RC双层排架墩桥梁抗震数值分析结果，以非线性拟合方法，探究了地震动水平向PGV与竖向PGV对全桥结构抗震性能的影响。结果表明：地震动水平向PGV和竖向PGV均与桥梁的上部结构的地震响应呈显著正相关。并且从拟合曲线的形式以及判定系数 R2可看出，水平向PGV与结构响应的拟合曲线均为下凹递增的抛物线，R2为0.36~0.75；竖向PGV与结构响应的拟合曲线均为上凸递增的抛物线，R2为0.24~0.47。可见水平向PGV的影响占主要地位。但PGV/PGA-H对排架墩横桥向的地震响应影响较小，R2在0.21以下。
作者：	王严信
专业：	资源与环境
导师：	孙治国;姬志杰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	防灾科技学院
学位年度：	2023