多次地震作用下高速铁路桥墩残余变形累积效应及影响因素研究

发布时间：2019-11-20 02:10

【摘要】：近年来,我国高速铁路的发展突飞猛进,高速铁路建设逐渐向中西部转移,处在地震活跃带的高速铁路桥梁越来越多。在多次地震作用下,桥梁结构将不可避免地产生持续发展的累积残余变形,进而严重影响轨道平顺性,最终对高速列车安全运营造成不利影响。本文以高速铁路常用的简支梁桥圆端形桥墩为研究对象,基于OpenSees抗震分析平台,在考虑结构弯曲变形和钢筋粘结滑移变形的基础上,建立基于柔度法的桥墩纤维单元非线性数值分析模型。针对不同地震序列作用,深入研究多次地震作用下桥墩残余变形累积效应及影响因素,主要研究内容及结论如下:(1)在分析地震动特征与多次地震作用下结构损伤累积效应的基础上,对比了国内外规范对震后残余变形限值的规定。综述震后残余变形计算理论、影响因素、控制措施以及地震序列作用下结构损伤累积效应研究等方面的国内外研究成果,指出了现有研究存在的问题,阐明多次地震作用下高速铁路桥墩残余变形累积效应研究的必要性。(2)详细介绍了 OpenSees程序的总体框架和主要功能,分析基于刚度法的梁柱单元、基于柔度法的梁柱单元以及基于柔度法的塑性铰梁柱单元的计算原理和适用条件。掌握Concete01、Concrete04和ConcreteO1WithSITC三种不同混凝土本构模型的特性,提取Stee102钢筋本构关系与Bond_SP01钢筋粘结滑移本构关系的曲线特征,明确OpenSees程序中材料本构模型的不同选取原则。提出可用于计算桥墩残余变形及累积损伤效应的基于柔度法纤维单元的非线性数值分析模型。(3)采用该非线性数值分析模型,基于拟静力试验、单次地震和多次地震作用下的振动台试验,对比分析墩柱顶部荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、等效刚度、残余变形、最大位移等试验结果与数值模拟结果,均吻合较好,充分验证了基于柔度法纤维单元模型在拟静力分析及动力分析中的有效性和可靠性。选择Concrete04和Stee102材料本构模型,具体构建了可用于计算残余变形损伤累积的高速铁路简支梁桥32m高桥墩非线性纤维模型。(4)考虑真实地震记录,通过Gutenberg-Richter法则及Joyner-Boore经验公式构造主余震地震序列,采用重复单一地震动多次构造重复地震序列。通过桥墩非线性纤维模型进行弹塑性时程分析,分别计算得到多次地震序列作用下墩顶位移时程曲线,提取地震序列中单次地震结束后的残余变形,绘制桥墩累积残余变形曲线图。对比分析按主余震地震序列单次震后残余变形数值求和值与纤维模型计算所得累积残余变形值,结果表明:主余震地震序列作用下桥墩累积残余变形随地震次数增加基本呈增大趋势,主余地震联合作用下结构损伤程度大于主震单独作用下的结构损伤,余震导致的残余变形累积效应不可忽略。重复地震序列作用下,桥墩累积残余变形随地震次数增加呈非线性增长趋势,且随着地震次数的增加,桥墩累积残余变形达到30～60mm这一拐点后,累积速度急剧加快,桥墩随时发生破坏,表明震群型地震对结构的破坏作用效应十分明显。(5)提出残余变形比达到10‰和17.5‰时的地震动次数N10和N17.5作为评判残余变形累积效应的指标。以重复地震序列为例,探讨了地震峰值加速度、桥墩纵筋配筋率、桥墩轴压比等关键参数对桥墩累积残余变形比的影响机理及规律,并提出了相应的抗震设计及监测建议。
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U442.55

【参考文献】