摩擦摆支座的隔震桥梁抗震性能研究

发布时间：2019-08-26 18:35

【摘要】：摩擦摆支座具有较好的综合隔震性能,目前已在桥梁的维修加固和新建工程中得到了广泛的应用。但目前还没有制定出摩擦摆支座的国家标准,且在国内摩擦摆支座多用于建筑结构而较少应用于桥梁结构,对摩擦摆隔震桥梁的理论分析和参数优化设计的研究还很少,且存在一些不足和需要改进的问题。本文对摩擦摆支座力学模型等效线性化优化分析、隔震桥梁多目标参数优化以及基于能量法的摩擦摆支座参数优化设计方法等问题进行深入研究。同时通过摩擦摆支座水平力学性能进行试验研究,为摩擦摆支座等效线性化力学模型的优化分析提供试验依据。论文的主要研究内容有：(1)建立摩擦摆支座隔震梁桥的非线性动力学模型,利用有限元SAP2000软件研究地震激励动力学特性(加速度幅值、频谱特征)、摩擦摆支座滑道半径及摩擦因数对摩擦摆支座滑动位移的影响,通过拟合对摩擦摆支座滑动位移的计算方法进行优化分析,并制定我国不同抗震设防区域摩擦摆支座设计位移值的选取方法。对摩擦摆连续梁桥动力学平衡方程进行理论求解。以高速铁路桥梁为研究对象,分别以El Centro波、Taft波、Northridge波等地震激励作为输入波,采用有限元仿真和理论求解方法对隔震桥梁的地震响应进行分析,研究滑动位移对隔震桥梁主梁加速度幅值、主梁位移幅值及桥墩底部剪力幅值计算精度的影响。(2)建立摩擦摆支座有限元模型并进行非线性静力学分析,利用ABAQUS研究混凝土桥墩支承对摩擦摆支座应力及变形分布的影响,分析滑动位移对摩擦摆支座应力幅值及应力分布的影响,并对结构强度安全系数较低的组成构件提出改进方案。利用有限元仿真研究了地震波维数对隔震桥梁地震响应的影响。研究不同地震激励和地震波加速度幅值时摩擦摆支座的隔震性能,并以控制主梁位移和加速度幅值、桥墩底部剪力幅值为目标,采用多目标参数优化方法对摩擦摆支座滑道半径及摩擦因数进行优化分析。(3)建立摩擦摆隔震桥梁能量平衡方程,并通过MATLAB编程研究隔震桥梁能量响应时程曲线求解方法,将理论方法与有限元非线性动力学仿真得到的能量响应曲线进行对比分析,研究理论分析得到的隔震桥梁能量响应曲线的计算精度。建立隔震桥梁和非隔震桥梁有限元模型,研究不同工况时摩擦摆支座的隔震性能,并分析地震动特性及摩擦摆支座主要参数对地震输入能量的影响。以控制隔震桥梁的结构响应能量幅值为目标,同时保持摩擦摆支座具有较高的耗能比,研究不同地震波输入时摩擦摆支座的滑道半径及摩擦因数最优值范围。(4)对摩擦摆支座水平力学性能进行试验研究,分析摩擦摆支座的滞回曲线特征以及滑动位移值对摩擦摆支座初始刚度、等效刚度、等效阻尼比及振动周期等力学参数的影响,并将理论方法与试验研究得到的摩擦摆支座力学参数进行对比分析,为理论分析计算结果提供试验依据。
【图文】：

桥梁,主梁,世界经济发展,生命线工程

图桥梁支座破坏（唐山地震）Ｗ逦图１－２桥梁主梁脱落（没川地震）Ｗ逡逑在国内外发生的多次大地震中，作为生命线工程的桥梁均遭受了严重破坏，致路及铁路中断，不仅引发了各种次生灾害，更给震后的救灾重建工作带来了极Ｗ。随着世界经济发展和人口城市化进程的加快，现在同等强度的地震往往会レ

橡胶支座

移位过大或者落梁，但地震对桥域的破坏程度较轻Ｗ。逡逑藉逡逑图桥梁支座破坏（唐山地震）Ｗ逦图１－２桥梁主梁脱落（没川地震）Ｗ逡逑在国内外发生的多次大地震中，作为生命线工程的桥梁均遭受了严重破坏，，致使大逡逑量公路及铁路中断，不仅引发了各种次生灾害，更给震后的救灾重建工作带来了极大的逡逑困难Ｗ。随着世界经济发展和人口城市化进程的加快，现在同等强度的地震往往会产生逡逑更加严重的破坏效果，这就对结构提出了比レッ往更加严格的抗震安全性和适用性要求。逡逑传统结构抗震设计方法是通过增强结构自身的强度和刚度来抵御地震作用并吸收地震逡逑能量，允许抗震结构承受较大的地震力和地震输入能量，并且需要对结构允许出现塑性逡逑较的部位进行专口的延性设计。但传统抗震设计方法还存在很多问题：由于地震的随机逡逑性，当地震烈度超过结构的抗震设防烈度时，会造成结构的严重破坏甚至发生倒塌现象；逡逑采用一定的柔性结构可保证人身安全，但发生震灾后会造成结构倾斜致地震后结构逡逑不能维持原有的使用功能；传统抗震方法Ｗ＂抗＂为主要途径
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U442.55

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