地震作用下不等高墩曲线桥支座布置优化与易损性分析

发布时间：2020-11-20 04:48

　　 随着近年来我国西南山区交通基础设施的快速发展,不等高墩的曲线桥结构在交通网络中的应用越来越广泛。相比直线桥梁,非规则曲桥梁更容易遭受地震破坏。然而,我国现有抗震设计规范对于曲线桥的支座类型和布置形式的选择尚没有具体规定,由于输入地震波不确定性的影响,曲线桥抗震分析中如何选择最不利的地震波输入方向也有待研究。因此,本文以四川地区某不等高墩多跨混凝土连续曲线梁桥为例,基于OpenSEES程序建立了桥梁有限元分析模型,主要开展了以下研究:(1)根据桥梁场地类型选取了7组地震波,通过一系列的非线性时程分析,研究了桥梁支座布置形式和支座类型对桥梁抗震性能的影响。研究结果表明:受弯-扭耦合作用和地震波方向效应的影响,各支座的切向相对变形与墩台构件的侧向刚度有关,低墩支座的切向变形比高墩支座的切向变形要大;支座的径向最大变形不仅对支座布置形式较敏感,还与输入地震波的方向和桥梁的不规则性密切相关;低墩宜采用板式橡胶支座或活动支座,并配合使用横向抗震挡块以限制主梁过大的横向位移,高墩处可采用刚度较大的铅芯支座或固定支座,桥台处宜采用铅芯支座;曲线桥梁在桥台主动方向的切向变形并不指向对岸的桥台,使上部结构在桥台主动方向的切向变形量会比直线桥梁大得多,容易导致桥台处发生落梁破坏,在今后的抗震设计中应引起重视。(2)根据最优的支座布置形式,通过改变地震波的输入角度(0-360度),定性的分析了地震波输入角度对不等高墩曲线桥地震响应的影响,然后选择100条地震波来考虑地震波的不确定性,基于概率可靠度理论建立了不等高墩曲线桥梁支座和桥墩的地震易损性曲线。研究结果表明:曲线桥梁结构的各个部件的最大地震响应对应的地震波输入角度不同;地震波输入角度对曲线桥桥墩和支座的易损性曲线有显著的影响;每个构件的地震易损性分析都有一个最不利的地震波输入角度,在对不等高墩曲线桥梁的抗震分析时应考虑地震波输入角度对曲线桥抗震性能的影响。
【学位单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U442.5
【部分图文】：

应公路或铁路工程的线形走向，在大规模的交通网络建设中，曲线桥梁的经济性较好，因此，曲线桥梁被广泛应用于现代桥梁工程中[1]，例如，美国目前已建造的钢桥中有三分之一以上都是曲线桥梁[2]。在国内，为了适应我国的西南部地区山地沟豁地形的需要，桥梁设计中也较多地采用曲线桥梁。然而，既往的地震灾害调查报告发现，曲线桥梁的地震破坏比直线桥梁更加严重。1971 年美国 SanFernando 大地震中，两座大型互通立交工程（金州高速干道 5 号和州际干道 210的立交枢纽，以及金州高速干道与州际高速公路 14 号的立交枢纽）的曲线梁桥出现倒塌破坏后，对曲线桥抗震性能的研究逐渐得到重视。特别是不等高墩非规则曲线桥梁，在 2008 年的汶川大地震中，就发生过大量不等高墩曲线桥破坏的情况，例如百花大桥、蒙子沟中桥、渔子溪桥和新房子大桥等均是典型的山区不等高墩的曲线桥[3]。需要指出的是，非规则曲线桥梁在地震作用下的损伤特性不同于直线桥，更容易发生地震破坏[3, 4]。例如，图 1.1 示出了汶川大地震中百花大桥在地震作用下的破坏情况，包括第五联（小半径曲线桥）整体垮塌、支座脱空、主梁位移、挡块破坏、墩底混凝土压溃和墩柱系梁节点破坏等多种破坏形式。

2.2 工程背景算例桥梁位于甘孜州雅江县卧龙寺村，距离雅江县城约 35km。拟设桥成弧形，跨越卧龙寺河及其河岸两侧谷地，桥位区紧邻原 G318 线，交通相对便利，便于施工。大桥起止桩号为 K25+637.00～K25+800.00，跨径 6×25m，全桥 150.00m本桥为缓解大幅度坡降而设弧形跨越卧龙寺河，上部结构主梁采用预应力砼简支T 梁，下部结构墩身采用双柱式墩桩基础，桥台采用重力式桥台、扩大基础。该桥跨越沟谷，上部结构为预应力混凝土，简支连续 T 梁结构，曲率半径为 61 米桥面宽度为 11.8 米。盖梁为高 1.5 米，宽 1.7 米，系梁为 1.4m×1m 和 1.2m×0.9m（高×宽）两种。主梁由五片 T 梁组成，桥墩为双柱式桥墩，高度不同。桥墩截面形状均为圆形，其中 1#和 5#桥墩直径 1.4m，其余 2#、3#、4#桥墩直径 1.6m。主梁材料为 C40，桥墩、盖梁和系梁材料为 C30。0#桥台和 6#桥台分别布置 5 个支座，桥墩墩顶盖梁上支座对称布置，每边 5 个，共 10 个支座，图 2.1 是不等高墩曲线桥的立面图，图 2.2 是平面图，图 2.3 是上部结构主梁的断面图。

平面图
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本文编号：2890976