大跨度上承式钢筋混凝土拱桥的地震易损性分析

发布时间：2020-07-29 07:49

【摘要】：大跨度上承式钢筋混凝土拱桥是桥梁朝着跨度更大、结构更柔的发展过程中应用广泛的桥型之一,尤其在我国跨山谷、河流的西南地区较为常见,与梁式桥等中小跨度桥梁相比,其地震破坏模式更加复杂。本文着眼于大跨度钢筋混凝土拱桥的地震易损性分析,从如下方面对其进行了研究:(1)对主拱圈和拱上立柱提出了相应的地震破坏损伤指标和评价方法。在横桥向地震作用下,对于主拱圈,以截面塑性铰的力—位移曲线上各性能点作为评价主拱圈损伤状态的依据,并结合拱顶形心处“参照位移”为损伤指标对应塑性铰变形发展;对于拱上立柱,以柱顶相对位移延性比为损伤指标,评估拱上立柱的地震破坏状态。(2)基于理论易损性分析,根据大跨度上承式钢筋混凝土拱桥的地震破坏模式,提出了其地震易损性分析流程。通过SAP2000建立拱桥有限元模型,进行地震时程响应分析,对地震响应进行线性拟合得到回归函数,代入失效概率公式计算得到主要承重构件(主拱圈和拱上立柱)的易损性曲线;调整矢跨比、立柱布置形式等分析拱桥几何参数、结构形式对易损性的影响,结果表明不同矢跨比主拱圈易损性存在明显差异,跨中拱上立柱易损性最强,两端拱脚处最弱;考虑不同构件之间的相关性,采用一阶和二阶界限法计算不同矢跨比拱桥的系统易损性曲线,结果表明系统易损性强于各构件易损性,矢跨比对系统易损性结果有影响。(3)考虑行波效应对于大跨度拱桥的影响,对大跨度上承式拱桥进行纵桥向地震的结构失效模式分析和失效概率计算。1)计算拱脚产生相对水平位移时对主拱圈的内力和变形的影响,结果表明拱脚相对远离对受力和变形均不利;以拱圈截面的弯矩—轴力承载能力曲线作为评判拱圈性能的极限状态,计算得到最大容许拱脚相对位移;计算不同矢跨比拱圈的最大容许拱脚相对位移,结果表明该位移随矢跨比变小而逐渐减小。2)以最大容许拱脚相对水平位移为定量表征拱圈承载能力极限状态的指标,选取不同地震波剪切波速模拟场地条件,以非一致激励下的拱脚相对位移为地震响应指标,对拱圈纵桥向地震失效概率进行计算,得到纵桥向主拱圈的失效概率曲线。结果表明,场地条件越差,行波效应对拱桥影响越大;调整主拱圈矢跨比参数,分析了拱轴线几何特性对纵桥向主拱圈失效概率的影响,结果表明随矢跨比变小,易损性增强。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U448.22;U442.55
【图文】：

示意图,行波效应,地震波传播,场地条件

地震波传播速度因场地条件不同而变化，会出现拱脚支承处接受地震波的振幅和逡逑频率不同，也就产生了相位差，造成振动不同步，即地震行波效应。行波效应示逡逑意图如图２－５。逡逑２７逡逑

钢筋混凝土拱桥,上承式,大跨度,有限元模型

目标反应谱选择地震动的前置工作。本节对大跨度上承式钢筋混凝土拱桥模型进逡逑行自振模态分析，考虑高阶模态对大跨度结构的影响，提取了拱桥前１０阶的自振逡逑特性和振型，如图３－４所示。逡逑汇总得到拱桥的前１０阶自振特性和振型特点见表３－３。逡逑表３－３拱桥自振特性汇总表逡逑Ｔａｂｌｅ邋３－３邋Ｓｕｍｍａｒｙ邋ｏｆ邋ｎａｔｕｒａｌ邋ｖｉｂｒａｔｉｏｎ邋ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ邋ｏｆ邋ａｒｃｈ邋ｂｒｉｄｇｅ逡逑振型逦自振周期（ｓ）自振频率（ＨＺ）逦振型特点逡逑１逦３．２０３０逦０．３１２２逦左１拱上立柱纵桥向侧弯，顶部梁体纵桥向偏移逡逑２逦３．１７５１逦０．３１５０逦右】拱上立柱纵桥向侧弯，顶部梁体纵桥向偏移逡逑３逦２．２６９０逦０．４４０８逦梁体横桥向一阶对称弯曲，立柱、拱圈对称侧弯逡逑４逦１．５２８０逦０．６５４６逦左２、右２立柱纵桥向侧弯，立柱、拱圈纵桥向偏移逡逑５逦１．４３００逦０．６９９４逦左３、右３立柱纵桥向侧弯，立柱、拱圈纵桥向偏移逡逑６逦１．１７６０逦０．８５００逦左４、右４立柱纵桥向侧弯，立柱、拱圈纵桥向偏移逡逑７逦０．９５４０逦１．０４８０逦梁体横桥向一阶反对称弯曲，立柱、拱圈反对称偏移逡逑８逦０．８３９０逦１．１９１０逦左１、右１立柱横桥向侧弯

振型图,振型,第一,拱桥

图３－４邋ｉ）第九阶振型逦图３－４邋ｊ）第十阶振型逡逑Ｆｉｇ．３－４ｉ）邋Ｎｉｎｔｈ邋ｏｒｄｅｒ邋ｆｏｒｍａｔｉｏｎ逦Ｆｉｇ．３－４ｊ）邋Ｔｅｎｔｈ邋ｏｒｄｅｒ邋ｆｏｒｍａｔｉｏｎ逡逑图３－４拱桥的前１０阶振型图逡逑Ｆｉｇ．３－４邋Ｔｈｅ邋ｆｉｒｓｔ邋１０ｔｈ邋ｓｅｌｆ－ｖｉｂｒａｔｉｏｎ邋ｐａｔｔｅｒｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ａｒｃｈ邋ｂｒｉｄｇｅ逡逑３５逡逑

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