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原文传递减隔震桥梁性能设计方法及环境影响因素研究

论文题名：	减隔震桥梁性能设计方法及环境影响因素研究
关键词：	减隔震桥梁;设计理念;抗震性能;结构力学
摘要：	桥梁结构在多次强烈地震中均遭到严重破坏，减隔震技术已成为提高强震区桥梁抗震能力的重要手段，而我国的桥梁减隔震技术发展相对较晚，在设计理念上和设计方法上都存在较大的发展空间。本文以发展减隔震桥梁基于性能的抗震设计理论为目标，在强调桥墩损伤控制概念基础上力图提出实用的基于位移设计方法，同时引入了基于保险丝和基于支座功能分离的设计理念。主要研究工作和认识如下: 　　(1)归纳了国内外经受过地震考验的多座隔震桥梁的抗震性能和震害表现，特别分析了2008年汶川大地震和2011年东日本大地震中的隔震桥梁及支座的抗震性能，从中总结出减隔震设计需要注意的问题，包括减隔震设计方案选择、设计方法与构造要求、临近断层的设计挑战、减隔震装置耐久性等，还对中美日桥梁减隔震设计规范进行了比较分析。　　(2)结合中国抗震设计规范和减隔震支座技术标准，提出一种适用于中等跨径桥梁的基于位移的抗震设计方法。提出了选择减隔震支座和估计设计目标位移的方法，从串联体系受力特点的角度给出了桥墩-支座体系的位移分配方法，通过等效线性化方法将整个桥墩（桥台）-支座-主梁体系转换为等效单自由度体系，最终通过迭代实现设计目标位移和位移需求的协调。设计中允许桥墩屈服，但通过控制损伤程度确保震后不需要修复。对36座不同跨径、不同墩高的连续梁桥进行减隔震设计，并通过动力时程分析验证了设计方法的有效性。　　(3)基于保险丝设计理念，提出设置屈曲约束支撑(BRB)的桥梁排架墩新型构件，以提高横桥向的抗震性能。推导出与剪跨比和墩柱间距与直径比相关的BRB核心段长度取值范围;建立了设置保险丝的单自由度体系的弹塑性反应谱基本方程，研究了设置保险丝体系的延性系数需求谱和强度折减系数谱及相关影响参数;提出了设置BRB的桥梁排架墩基于位移的抗震设计方法，在分析设置BRB后排架墩的减震率基础上，认为保持较高的BRB屈服力与桥梁排架墩屈服力比值，同时使BRB尽早屈服将是比较合适的设计选择。　　(4)基于支座功能分离设计理念，针对具有速度脉冲效应近断层地震动下减隔震桥梁的抗震问题，提出在高速铁路桥梁中采用减震榫和拉索限位器、在公路桥梁中采用铅芯橡胶支座和拉索限位器的组合减震系统。其通过减震装置（减震榫或铅芯橡胶支座）屈服耗能来减小桥梁地震反应，用限位器来控制减震装置的过大变形和防止落梁破坏。在性能抗震设计框架下，分别给出了减震装置和拉索限位器在多遇地震、设计地震（偶遇地震）和罕遇地震下的多级性能目标量化准则，实现了临近断层高速铁路桥梁和高烈度区(基本加速度峰值0.4g)临近断层公路桥梁的减隔震设计。　　(5)为考虑减隔震支座力学特性随老化、环境温度、扰动等因素（统称“时效及环境因素”）的变化，以及对减隔震桥梁地震反应的影响，首先介绍了国外规范及学者提出的支座特性修正系数、调整系数和界限分析方法，建立了适合我国隔震橡胶支座特点的力学特性修正过程。基于增量动力分析方法，考察了时效及环境因素对不同高度桥墩地震反应的影响程度及其在不同墩高桥梁中的离散情况。结果表明:时效及环境因素对隔震桥梁地震反应的影响较大，尤其是对处于0.2g～0.4g加速度峰值下隔震桥梁较低墩的位移反应;对于采用铅芯、高阻尼和超高阻尼橡胶支座的隔震桥梁，不考虑其影响则可能低估较低墩10％、50％和100％及以上的墩顶位移需求。　　(6)针对斜交桥震害特点和低温环境改变隔震支座力学特性的现象，研究了隔震斜交桥梁地震反应与环境温度及斜度的关系，考察了桥墩位移、墩底反力、碰撞力及梁体旋转度与斜交桥斜度的关系、以及梁端碰撞力分布规律。结果表明:低温引起的支座特性改变将会放大桥墩的地震反应，若不考虑其影响，在0℃、-10℃和-30℃条件下，与常温(23℃)情况相比将分别低估10％、20％、40％的墩底剪力和弯矩。
作者：	石岩
专业：	道路与铁道工程
导师：	王东升
授予学位：	博士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文