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原文传递超大跨波形钢腹板连续刚构桥抗震性能研究

论文题名：	超大跨波形钢腹板连续刚构桥抗震性能研究
关键词：	超大跨波形钢腹板;连续刚构桥;抗震性能;失效模式
摘要：	大跨波形钢腹板连续刚构桥具有跨越能力较强，受力性能良好，施工快速、便捷等诸多优点而在我国西部地区桥梁建设中被广泛采用。大跨波形钢腹板连续刚构桥静力性能得到了较为系统的研究，但目前关于超大跨波形钢腹板连续刚构桥动力性能的研究相对较少，特别是在复杂地质条件中超大跨波形钢腹板连续刚构桥抗震性能、失效模式的评价与优化和减震方式及效果方面。本文结合依托工程某超大跨波形钢腹板连续刚构桥进行了一系列系统性的研究，具体完成了以下工作：　　（1）采用ABAQUS软件建立桩基-溶洞共同作用体系数值模型，模拟反演后的地震作用下单个矩形溶洞和单个椭圆形溶洞两种情况桩底位移、应力、应变和弯矩的动力响应，进一步对超大跨波形钢腹板连续刚构桥桩基-溶洞抗震性能影响较大因素：桩径、溶洞大小、桩顶荷载、岩体黏聚力以及地震动峰值对溶洞顶板安全厚度以及桩底竖向位移进行了分析，然后采用多元线性回归分析法得到桩基-溶洞顶板安全厚度和桩底竖向位移的多元回归模型，随后对该多元回归模型进行了优化分析，最后对比研究了单溶洞和串珠状桩基-溶洞抗震性能。　　（2）对波形钢腹板分别设置横向和竖向加劲肋后的受力性能进行了理论、试验和数值模拟分析。试验主要根据刚构桥桥墩附近负弯矩区波形钢腹板的受力特点，设计了3个不同加劲肋布置的波形钢腹板试件，即纯波形钢腹板，带竖向加劲肋和设置一道横向加劲肋的波形钢腹板，得到了各试件的屈曲模态、抗剪强度和刚度、应变分布，然后对理论、试验和数值模拟结果进行了对比分析。随后进行了详细的参数分析，还对实际桥梁的腹板设置加劲肋方案进行了理论计算和有限元分析，为波形钢腹板主梁设计时采用合适形式的加劲肋提供了建议及验证。　　（3）通过分析国内外典型桥梁结构的性能目标，在考虑超大跨波形钢腹板连续刚构桥结构特殊性的基础上，给出了该桥梁的性能目标。基于公路桥梁抗震设计规范中的设计反应谱合成耐震时程加速度曲线评估了该桥梁在纵向地震作用下的耐震性能，然后与远场和近场各16条地震作用下IDA分析法的结果进行对比，验证了耐震时程法计算超大跨波形钢腹板连续刚构桥抗震性能结果的准确性和可靠性。　　（4）采用加权秩和比法分析了超大跨波形钢腹板连续刚构桥远场地震动和近场地震作用下的失效模式，以及对考虑桩基-溶洞失效时桥梁的失效模式进行了分析，识别出该桥梁的最弱失效模式，并结合桥梁各单元的失效路径提出了一种优化超大跨波形钢腹板连续刚构桥失效模式的设计方法。　　（5）根据依托工程桥梁结构的特点提出一种可更换耗能系梁装置，构成超大跨波形钢腹板连续刚构桥一种可更换的保险丝耗能体系，研究了系梁对超大跨波形钢腹板连续刚构桥减震效果和失效模式的影响，据此提出了可更换耗能系梁的设计流程来优化桥梁抗震性能。
作者：	黄佳栋
专业：	防灾减灾工程及防护工程
导师：	周福霖;谭平
授予学位：	博士
授予学位单位：	广州大学
学位年度：	2022