柱板式桥墩抗震有限元模拟方法研究
发布时间：2020-12-20 15:15
随着西部大开发、脱贫攻坚等战略的实施,西部地区的铁路建设日益增加,西部地区地势险峻使得高墩大跨度桥梁被广泛应用。与此同时,我国西北、西南部属于高烈度地震区,高墩的抗震性能成为设计的重点和研究的热点。因为传统高墩体量大、塑性铰不确定等诸多缺点,国内外学者先后提出了多种不同截面型式的新型高墩结构,在黄-韩-侯铁路纵目沟特大桥首次采用了新型柱板式空心高墩,该结构借鉴抗震剪力墙的优越抗震性。由框架墩柱及横梁组成格构式主体结构,采用薄壁钢筋混凝土板连接框架墩柱。薄壁板既能提高桥墩刚度以保证铁路对桥墩刚度的要求,又能在罕遇地震作用下开裂破坏,使得结构整体刚度下降,进而使结构的周期延长,耗散更多的地震能量,从而达到保护主体结构在罕遇地震下免受较大的损伤的效果。本文以纵目沟特大桥为研究对象,对柱板式桥墩的有限元数值模拟计算方法进行研究。主要工作如下:（1）按相似原理对主墩节段的横桥向柱板与框架、纵桥向柱板与框架四个构件建立数值模型,采用ABAQUS有限元软件,研究其在往复荷载的作用下的滞回特性、刚度退化以及破坏特征等抗震性能。研究表明:柱板结构中柱间板圆孔处由于应力集中的影响,在水平往复荷载下,圆孔处...
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
柱板式
兰州交通大学硕士学位论文-3-（a）空心薄壁墩（b）双肢薄壁墩（c）组合式桥墩图1.2高墩结构形式第一种空心墩，其优点是抗扭、抗推和抗弯刚度大，其缺点是需要设置较大的纵向尺寸来抵抗悬臂施工时作用的不平衡弯矩，基础和墩柱的尺寸需要放大，增加墩柱内的配筋率，提高了建设成本；第二种桥墩墩身由两个单肢薄壁墩柱组成，并由系梁连接双肢，与第一种墩相比，其优点是截面抗弯刚度的增强，系梁作为次要构件，在地震发生时系梁首先耗能，从而保正桥墩的主体结构的安全。在设计中为减小桥梁的纵向抗推刚度，可通过调整双薄壁墩的间距，改变系梁的数量或截面尺寸能够提高其桥墩刚度，可降低由温差和收缩徐变产生附加内力。张永亮等[3]通过改变地震响应下双肢间距、配筋率和壁厚等参数，运用MIDASCivil软件建立有限元全桥模型，研究双薄壁墩的抗震性能，结果表明，双薄壁墩的壁厚以及双肢中心距对全桥的各阶振型基本没有影响，其1～5阶自振频率随壁厚的增加而增大，其2～5阶自振频率与双肢距离成正比，主墩塑性铰区有着良好的变形能力。第三种墩综合了前两种桥墩的结构形式特点，拥有了两者结构的特点。在墩高在50～100m范围内的桥梁应用较为广泛。但缺点是与单薄壁墩相比，其高墩的整体稳定性和局部构件的稳定性较差。自1980年后，我国高墩铁路桥梁项目日益增加，一些大桥主墩都超过百米，李子沟大桥最高墩107m，主桥墩采用横向圆弧端形变坡结构，如图1.3所示。图1.3李子沟大桥花土坡特大桥（图1.4），2个主墩超过百米，墩高分别为104m，110m，该桥址处风速较大，墩身采用钢筋混凝土圆端形空心墩，其墩型有较好的抗风性能。
兰州交通大学硕士学位论文-3-（a）空心薄壁墩（b）双肢薄壁墩（c）组合式桥墩图1.2高墩结构形式第一种空心墩，其优点是抗扭、抗推和抗弯刚度大，其缺点是需要设置较大的纵向尺寸来抵抗悬臂施工时作用的不平衡弯矩，基础和墩柱的尺寸需要放大，增加墩柱内的配筋率，提高了建设成本；第二种桥墩墩身由两个单肢薄壁墩柱组成，并由系梁连接双肢，与第一种墩相比，其优点是截面抗弯刚度的增强，系梁作为次要构件，在地震发生时系梁首先耗能，从而保正桥墩的主体结构的安全。在设计中为减小桥梁的纵向抗推刚度，可通过调整双薄壁墩的间距，改变系梁的数量或截面尺寸能够提高其桥墩刚度，可降低由温差和收缩徐变产生附加内力。张永亮等[3]通过改变地震响应下双肢间距、配筋率和壁厚等参数，运用MIDASCivil软件建立有限元全桥模型，研究双薄壁墩的抗震性能，结果表明，双薄壁墩的壁厚以及双肢中心距对全桥的各阶振型基本没有影响，其1～5阶自振频率随壁厚的增加而增大，其2～5阶自振频率与双肢距离成正比，主墩塑性铰区有着良好的变形能力。第三种墩综合了前两种桥墩的结构形式特点，拥有了两者结构的特点。在墩高在50～100m范围内的桥梁应用较为广泛。但缺点是与单薄壁墩相比，其高墩的整体稳定性和局部构件的稳定性较差。自1980年后，我国高墩铁路桥梁项目日益增加，一些大桥主墩都超过百米，李子沟大桥最高墩107m，主桥墩采用横向圆弧端形变坡结构，如图1.3所示。图1.3李子沟大桥花土坡特大桥（图1.4），2个主墩超过百米，墩高分别为104m，110m，该桥址处风速较大，墩身采用钢筋混凝土圆端形空心墩，其墩型有较好的抗风性能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]铁路圆端空心高墩振动台模型试验研究[J]. 邵长江,漆启明,韦旺,肖正豪. 土木工程学报. 2020(02)
[2]两边连接钢板剪力墙-装配式钢管混凝土框架结构抗震性能研究[J]. 张增德,王静峰,龚旭东,赵春风,李贝贝. 土木工程学报. 2019(07)
[3]基于OpenSees的桩-土-桥墩相互作用非线性数值分析模型[J]. 孙治国,刘亚明,司炳君,石岩. 世界地震工程. 2018(04)
[4]钢筋混凝土自复位剪力墙抗震性能试验研究[J]. 谢剑,孙文笑,徐福泉,严加宝. 建筑结构学报. 2019(02)
[5]基于ABAQUS的高层隔震剪力墙结构转换梁内力分析[J]. 郑宁,马玉宏,赵桂峰,沈朝勇. 建筑结构学报. 2018(S1)
[6]双薄壁墩连续刚构桥地震反应影响参数分析[J]. 张永亮,王云,陈兴冲,刘尊稳. 桥梁建设. 2018(04)
[7]新型自耗能高墩抗震性能研究[J]. 徐秀丽,唐雨生,周叮,李雪红,尹东亚. 中国公路学报. 2017(12)
[8]基于刚度退化和纤维单元的RC构件损伤模型[J]. 郭宗明,张耀庭,樊剑,卢杰志,罗敏. 湖南大学学报(自然科学版). 2017(03)
[9]基于纤维单元的预应力预制混凝土剪力墙抗侧性能数值分析[J]. 吴浩,吕西林,蒋欢军. 建筑结构学报. 2017(01)
[10]高层钢筋混凝土框架-剪力墙结构抗震性能研究[J]. 易伟建,朱敏. 地震工程与工程振动. 2016(06)
博士论文
[1]铁路新型柱板式高墩抗震性能试验及数值模拟方法研究[D]. 李子奇.兰州交通大学 2019
[2]剪力墙结构构件变形指标的研究及计算平台开发[D]. 陈学伟.华南理工大学 2011
硕士论文
[1]新型铁路高墩抗震性能研究[D]. 马朗.兰州交通大学 2019
[2]高烈度震区特大跨径连续刚构桥抗震性能研究[D]. 龚仕伟.重庆交通大学 2017
[3]基于OpenSEES分层壳单元复合钢管混凝土边框剪力墙抗震性能研究[D]. 丁双杰.长安大学 2017
[4]高层框架—剪力墙隔震结构设计理论与试验研究[D]. 修明慧.广州大学 2017
[5]基于等效桁架模型的钢筋混凝土结构数值分析[D]. 桂静.北京交通大学 2016
[6]基于OpenSees的钢筋混凝土剪力墙局部应力研究[D]. 丁通.大连理工大学 2015
[7]柱—板式构件抗震性能试验研究及有限元分析[D]. 蒲建海.兰州交通大学 2015
[8]大跨连续刚构桥抗震性能研究[D]. 张维宏.兰州交通大学 2015
[9]柱板式空心桥墩抗震性能试验研究及有限元分析[D]. 留晗.兰州交通大学 2013
[10]铁路钢筋混凝土重力式桥墩抗震性能研究[D]. 李娜.长安大学 2011
本文编号：2928088
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
柱板式
兰州交通大学硕士学位论文-3-（a）空心薄壁墩（b）双肢薄壁墩（c）组合式桥墩图1.2高墩结构形式第一种空心墩，其优点是抗扭、抗推和抗弯刚度大，其缺点是需要设置较大的纵向尺寸来抵抗悬臂施工时作用的不平衡弯矩，基础和墩柱的尺寸需要放大，增加墩柱内的配筋率，提高了建设成本；第二种桥墩墩身由两个单肢薄壁墩柱组成，并由系梁连接双肢，与第一种墩相比，其优点是截面抗弯刚度的增强，系梁作为次要构件，在地震发生时系梁首先耗能，从而保正桥墩的主体结构的安全。在设计中为减小桥梁的纵向抗推刚度，可通过调整双薄壁墩的间距，改变系梁的数量或截面尺寸能够提高其桥墩刚度，可降低由温差和收缩徐变产生附加内力。张永亮等[3]通过改变地震响应下双肢间距、配筋率和壁厚等参数，运用MIDASCivil软件建立有限元全桥模型，研究双薄壁墩的抗震性能，结果表明，双薄壁墩的壁厚以及双肢中心距对全桥的各阶振型基本没有影响，其1～5阶自振频率随壁厚的增加而增大，其2～5阶自振频率与双肢距离成正比，主墩塑性铰区有着良好的变形能力。第三种墩综合了前两种桥墩的结构形式特点，拥有了两者结构的特点。在墩高在50～100m范围内的桥梁应用较为广泛。但缺点是与单薄壁墩相比，其高墩的整体稳定性和局部构件的稳定性较差。自1980年后，我国高墩铁路桥梁项目日益增加，一些大桥主墩都超过百米，李子沟大桥最高墩107m，主桥墩采用横向圆弧端形变坡结构，如图1.3所示。图1.3李子沟大桥花土坡特大桥（图1.4），2个主墩超过百米，墩高分别为104m，110m，该桥址处风速较大，墩身采用钢筋混凝土圆端形空心墩，其墩型有较好的抗风性能。
兰州交通大学硕士学位论文-3-（a）空心薄壁墩（b）双肢薄壁墩（c）组合式桥墩图1.2高墩结构形式第一种空心墩，其优点是抗扭、抗推和抗弯刚度大，其缺点是需要设置较大的纵向尺寸来抵抗悬臂施工时作用的不平衡弯矩，基础和墩柱的尺寸需要放大，增加墩柱内的配筋率，提高了建设成本；第二种桥墩墩身由两个单肢薄壁墩柱组成，并由系梁连接双肢，与第一种墩相比，其优点是截面抗弯刚度的增强，系梁作为次要构件，在地震发生时系梁首先耗能，从而保正桥墩的主体结构的安全。在设计中为减小桥梁的纵向抗推刚度，可通过调整双薄壁墩的间距，改变系梁的数量或截面尺寸能够提高其桥墩刚度，可降低由温差和收缩徐变产生附加内力。张永亮等[3]通过改变地震响应下双肢间距、配筋率和壁厚等参数，运用MIDASCivil软件建立有限元全桥模型，研究双薄壁墩的抗震性能，结果表明，双薄壁墩的壁厚以及双肢中心距对全桥的各阶振型基本没有影响，其1～5阶自振频率随壁厚的增加而增大，其2～5阶自振频率与双肢距离成正比，主墩塑性铰区有着良好的变形能力。第三种墩综合了前两种桥墩的结构形式特点，拥有了两者结构的特点。在墩高在50～100m范围内的桥梁应用较为广泛。但缺点是与单薄壁墩相比，其高墩的整体稳定性和局部构件的稳定性较差。自1980年后，我国高墩铁路桥梁项目日益增加，一些大桥主墩都超过百米，李子沟大桥最高墩107m，主桥墩采用横向圆弧端形变坡结构，如图1.3所示。图1.3李子沟大桥花土坡特大桥（图1.4），2个主墩超过百米，墩高分别为104m，110m，该桥址处风速较大，墩身采用钢筋混凝土圆端形空心墩，其墩型有较好的抗风性能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]铁路圆端空心高墩振动台模型试验研究[J]. 邵长江,漆启明,韦旺,肖正豪. 土木工程学报. 2020(02)
[2]两边连接钢板剪力墙-装配式钢管混凝土框架结构抗震性能研究[J]. 张增德,王静峰,龚旭东,赵春风,李贝贝. 土木工程学报. 2019(07)
[3]基于OpenSees的桩-土-桥墩相互作用非线性数值分析模型[J]. 孙治国,刘亚明,司炳君,石岩. 世界地震工程. 2018(04)
[4]钢筋混凝土自复位剪力墙抗震性能试验研究[J]. 谢剑,孙文笑,徐福泉,严加宝. 建筑结构学报. 2019(02)
[5]基于ABAQUS的高层隔震剪力墙结构转换梁内力分析[J]. 郑宁,马玉宏,赵桂峰,沈朝勇. 建筑结构学报. 2018(S1)
[6]双薄壁墩连续刚构桥地震反应影响参数分析[J]. 张永亮,王云,陈兴冲,刘尊稳. 桥梁建设. 2018(04)
[7]新型自耗能高墩抗震性能研究[J]. 徐秀丽,唐雨生,周叮,李雪红,尹东亚. 中国公路学报. 2017(12)
[8]基于刚度退化和纤维单元的RC构件损伤模型[J]. 郭宗明,张耀庭,樊剑,卢杰志,罗敏. 湖南大学学报(自然科学版). 2017(03)
[9]基于纤维单元的预应力预制混凝土剪力墙抗侧性能数值分析[J]. 吴浩,吕西林,蒋欢军. 建筑结构学报. 2017(01)
[10]高层钢筋混凝土框架-剪力墙结构抗震性能研究[J]. 易伟建,朱敏. 地震工程与工程振动. 2016(06)
博士论文
[1]铁路新型柱板式高墩抗震性能试验及数值模拟方法研究[D]. 李子奇.兰州交通大学 2019
[2]剪力墙结构构件变形指标的研究及计算平台开发[D]. 陈学伟.华南理工大学 2011
硕士论文
[1]新型铁路高墩抗震性能研究[D]. 马朗.兰州交通大学 2019
[2]高烈度震区特大跨径连续刚构桥抗震性能研究[D]. 龚仕伟.重庆交通大学 2017
[3]基于OpenSEES分层壳单元复合钢管混凝土边框剪力墙抗震性能研究[D]. 丁双杰.长安大学 2017
[4]高层框架—剪力墙隔震结构设计理论与试验研究[D]. 修明慧.广州大学 2017
[5]基于等效桁架模型的钢筋混凝土结构数值分析[D]. 桂静.北京交通大学 2016
[6]基于OpenSees的钢筋混凝土剪力墙局部应力研究[D]. 丁通.大连理工大学 2015
[7]柱—板式构件抗震性能试验研究及有限元分析[D]. 蒲建海.兰州交通大学 2015
[8]大跨连续刚构桥抗震性能研究[D]. 张维宏.兰州交通大学 2015
[9]柱板式空心桥墩抗震性能试验研究及有限元分析[D]. 留晗.兰州交通大学 2013
[10]铁路钢筋混凝土重力式桥墩抗震性能研究[D]. 李娜.长安大学 2011
本文编号：2928088
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