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原文传递高墩大跨连续刚构墩底隔震体系的初步研究

论文题名：	高墩大跨连续刚构墩底隔震体系的初步研究
关键词：	高墩大跨连续刚构桥;墩底隔震体系;隔震机理
摘要：	在跨径150~300m范围内，连续刚构桥是最经济合理、适应性最强的桥梁型式，与同等跨度的拱桥、斜拉桥相比具有非常大的经济优势。连续刚构由于墩梁固结无法设置隔震支座，目前仍采用抗震的办法，通过提高桥墩截面的抗力来削减地震响应。但随着跨径和墩高的增大，在高烈度地区，高墩大跨连续刚构桥的地震响应变得复杂，若继续采用抗震对策，不得不增大桥墩截面尺寸以抵抗中墩墩底过大的弯矩，已经到了难以为继的地步，抗震设计愈发困难。为了保障复杂环境下桥梁的安全，针对高烈度地区高墩大跨连续刚构桥存在抗震困难的问题，本文对高墩大跨连续刚构墩底隔震体系进行了初步研究，通过理论分析和数值模拟相结合的方式对墩底隔震体系进行了合理性、有效性和可行性分析。全文的主要研究工作和结论如下：　　（1）在合理性上，参考了建筑结构基础隔震机理及实现方式，对高墩大跨连续刚构墩底隔震体系的机理进行分析，并提出了几种可能的实现方式。研究结果表明：通过隔震装置延长连续刚构的自振周期，可以使其远离场地的卓越周期，从而实现隔离地震作用、提高结构抗震性能的目标。在这其中，摩擦摆隔震支座是实现高墩大跨连续刚构墩底隔震比较可行的方式。　　（2）在有效性上，基于Midas/Civil 2021分别建立了典型三跨连续刚构桥的抗震模型和墩底隔震模型，选取了5条地震波进行动力时程分析，对两种模型的地震响应结果进行一一对比。研究结果表明：相较于抗震体系，连续刚构采用墩底隔震体系后，中墩地震响应大幅减小，边墩地震响应有所增大，梁体地震响应增幅明显，但不超过其抗力。显然这是非常有利的，因为在传统抗震体系中，主梁的承载能力基本未得到利用，桥墩承受了大部分地震内力；而墩底隔震体系充分利用主梁的抗弯承载力来抵抗地震能量，从而有效削减中墩过大的墩底弯矩。应注意的是，采用墩底隔震体系后，梁端变形有所增大，横桥向梁端变形放大至0.30~0.40m，但采用阻尼器后，可以得到有效控制。　　（3）在可行性上，提出一种具有转动功能的摩擦摆支座，对其进行施工阶段和成桥阶段性能验算。研究结果表明：所提出的隔震装置在不平衡施工力矩和横向静风荷载下具有足够的安全储备；在非地震荷载作用下，隔震装置能够保持锁定，保持连续刚构桥体系的受力图式，满足正常使用的需求。　　（4）在案例分析上，基于Midas/Civil 2021建立了云南漭街渡大桥墩底隔震模型，在边墩和主梁之间增设了粘滞阻尼器，选取了2条8度地震波，进行动力时程分析。研究结果表明：在抗震性能方面，采用墩底隔震体系后，中墩墩底弯矩减震率为75%~94%，剪力减震率为50%~75%，隔震效果显著；在设置2700kN的粘滞阻尼器后，梁端变形得到控制，横桥向最大梁端位移降至0.287m。同样桥墩截面尺寸下，抗震体系和隔震体系均可以达到抗震设防8度，但墩底隔震体系的边墩与主梁分担了一部分的地震内力，有效利用了主梁抗弯承载力，中墩、边墩、主梁的地震响应分担机制更加均匀合理，就高墩大跨连续刚构而言，结构体系的安全性大大提高，抗震性能更优。
作者：	唐文乐
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	张俊平
授予学位：	硕士
授予学位单位：	广州大学
学位年度：	2023