新型铁路高墩模型拟静力试验研究
发布时间：2020-12-21 08:16
近年来,随着我国经济的不断增强及铁路里程的不断增加,基础建设进行的如火如荼。尤其是在我国的西南、西北等地区,其多为河流、山川、深谷等不利地形,高墩铁路桥梁因而被广泛的在这些地区采用。目前高墩桥梁以空心截面为主,但因其截面尺寸及混凝土用量较大,受到种种制约。课题组在柱板式铁路高墩结构的基础上,提出一种新型铁路高墩形式,其主要由混凝土墩柱及连接墩柱的钢桁架连接系组成,通过对新型铁路高墩缩尺模型进行拟静力试验,探究其抗震性能及破坏形式。基于OpenSees平台对新型铁路高墩模型拟静力试验进行模拟,提出新型铁路高墩结构的数值模拟方法。具体工作及研究成果如下:（1）回顾了高墩形式及高墩抗震的国内外研究。重点关注了高墩结构的新形式,并对国内外学者在数值模拟和试验研究等方面取得的成果进行总;阐述了进行高墩结构新形式研究的必要性,分析了当前采用新型高墩结构的优越性:基于震后可快速更换、修复的理念,设计新型铁路高墩结构形式。（2）设计并制作了新型铁路高墩的缩尺模型,探究往复荷载作用下新型铁路高墩的力学性能,并通过试验获得了模型桥墩的力-位移滞回曲线、骨架曲线以及刚度退化曲线,分析了结构破坏过程、破坏形态...
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高墩常用形式
新型铁路高墩模型拟静力试验研究-4-梁新型柱板式高墩双柱模型，通过改变墩柱的截面形式设置对比试验，通过拟静力试验得到不同截面的新型柱板式高墩的滞回曲线、延性及耗能能力，研究结果表明：新型柱板式高墩具有良好的抗震性能。文献[17]通过改变薄壁高墩双柱之间的系梁分布位置及数目探究双柱之间的系梁对高墩抗震性能的影响，进而提出了一种新的延性抗震体系。文献[18]通过ETABS有限元计算软件对双柱式薄壁高墩进行了数值模拟分析，通过横梁的数量以及连接位置的不同设置对比试验，探究横梁数量及连接位置对双柱式薄壁高墩关键截面内力的影响，结果表明：合理的布置双柱式薄壁高墩墩柱之间的横梁，可以明显的提高双柱式薄壁高墩的抗震性能。（a）结构示意（b）横断面图1.3新型自耗能高墩模型文献[19]提出一种将减隔震支座布置在高墩墩身之中的新型高墩结构形式，新型隔断结构体系如图1.4所示。对这种新型高墩隔断体系进行试验研究及数值模拟分析，分析结果表明：将减隔震支座结构放入高墩墩身截面之中其抗震性要优于传统的墩顶减隔震体系。图1.4新型高墩隔断结构体系示意图文献[20]对箱型截面高墩进行试验研究，将箱型截面高墩进行缩尺并制作试验模型，通过拟静力试验对箱型截面高墩结构进行分析，试验结果表明：箱型高墩结构可以采用Berry等效塑性铰长度计算公式进行计算分析。文献[21]以新海湾大桥柱板式高墩
新型铁路高墩模型拟静力试验研究-6-[34]采用OpenSees有限元分析软件对长周期高墩大跨度桥梁进行抗震性能分析，数值分析结果表明：周期较长的地震波对高墩桥梁墩身内力有着不利的影响，对墩身位移的放大作用最为明显。文献[35-36]以旧金山-奥克兰海湾大桥为原型制作缩尺模型，通过对缩尺模型的拟静力试验探究其抗震性能。试验结果表明：相对于传统的高墩结构形式，旧金山-奥克兰海湾大桥所采用的新型柱板式结构具有良好的抗震性能。文献[37]对新型柱板式高墩进行罕遇地震反应分析，结果表明：新型柱板式高墩前期通过薄壁开裂来进行耗散能量进而保护墩柱，薄板因地震力而破坏后，结构的整体刚度下降。文献[38]研究发现高墩桥梁的减、隔震设计主要集中在顺桥向。但是受到结构本身和地震动特性的影响，采用减、隔震支座减小地震对高墩的影响仍然具有局限性。此外，新西兰在1981年建设的SouthRanggitikei铁路高架桥梁是最早采用摇摆隔震机理来进行抗震设计的一座高墩桥梁[39],其在主墩的底部安装减隔震装置来提高桥梁的抗震性能。如图1.5所示，其中图（d）为墩底减隔震装置，使墩底随地震波交替升降来进行耗能。提高抗震性能。图1.5SouthRangitikei铁路高架桥梁日本在2000年修建的芝川桥，采用钢管-混凝土复合式新型桥墩[40]，如图1.6所示。芝川桥是一座穿越陡峭地形的山岭区高架桥，最高墩墩高达83m。为了满足复杂的地形条件，芝川桥在墩身内部除去混凝土、箍筋、纵筋之外，又另加入钢管。因此，除了箍筋对墩柱混凝产生约束以外，钢管也在一定程度上约束了混凝土，可以大大的提高核心混凝土的约束效果，具有更好的抗震性能。同时，采用此种设计，钢管起到很好的劲性骨架的作用，大大的缩短了建设工期[41]。
本文编号：2929507
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高墩常用形式
新型铁路高墩模型拟静力试验研究-4-梁新型柱板式高墩双柱模型，通过改变墩柱的截面形式设置对比试验，通过拟静力试验得到不同截面的新型柱板式高墩的滞回曲线、延性及耗能能力，研究结果表明：新型柱板式高墩具有良好的抗震性能。文献[17]通过改变薄壁高墩双柱之间的系梁分布位置及数目探究双柱之间的系梁对高墩抗震性能的影响，进而提出了一种新的延性抗震体系。文献[18]通过ETABS有限元计算软件对双柱式薄壁高墩进行了数值模拟分析，通过横梁的数量以及连接位置的不同设置对比试验，探究横梁数量及连接位置对双柱式薄壁高墩关键截面内力的影响，结果表明：合理的布置双柱式薄壁高墩墩柱之间的横梁，可以明显的提高双柱式薄壁高墩的抗震性能。（a）结构示意（b）横断面图1.3新型自耗能高墩模型文献[19]提出一种将减隔震支座布置在高墩墩身之中的新型高墩结构形式，新型隔断结构体系如图1.4所示。对这种新型高墩隔断体系进行试验研究及数值模拟分析，分析结果表明：将减隔震支座结构放入高墩墩身截面之中其抗震性要优于传统的墩顶减隔震体系。图1.4新型高墩隔断结构体系示意图文献[20]对箱型截面高墩进行试验研究，将箱型截面高墩进行缩尺并制作试验模型，通过拟静力试验对箱型截面高墩结构进行分析，试验结果表明：箱型高墩结构可以采用Berry等效塑性铰长度计算公式进行计算分析。文献[21]以新海湾大桥柱板式高墩
新型铁路高墩模型拟静力试验研究-6-[34]采用OpenSees有限元分析软件对长周期高墩大跨度桥梁进行抗震性能分析，数值分析结果表明：周期较长的地震波对高墩桥梁墩身内力有着不利的影响，对墩身位移的放大作用最为明显。文献[35-36]以旧金山-奥克兰海湾大桥为原型制作缩尺模型，通过对缩尺模型的拟静力试验探究其抗震性能。试验结果表明：相对于传统的高墩结构形式，旧金山-奥克兰海湾大桥所采用的新型柱板式结构具有良好的抗震性能。文献[37]对新型柱板式高墩进行罕遇地震反应分析，结果表明：新型柱板式高墩前期通过薄壁开裂来进行耗散能量进而保护墩柱，薄板因地震力而破坏后，结构的整体刚度下降。文献[38]研究发现高墩桥梁的减、隔震设计主要集中在顺桥向。但是受到结构本身和地震动特性的影响，采用减、隔震支座减小地震对高墩的影响仍然具有局限性。此外，新西兰在1981年建设的SouthRanggitikei铁路高架桥梁是最早采用摇摆隔震机理来进行抗震设计的一座高墩桥梁[39],其在主墩的底部安装减隔震装置来提高桥梁的抗震性能。如图1.5所示，其中图（d）为墩底减隔震装置，使墩底随地震波交替升降来进行耗能。提高抗震性能。图1.5SouthRangitikei铁路高架桥梁日本在2000年修建的芝川桥，采用钢管-混凝土复合式新型桥墩[40]，如图1.6所示。芝川桥是一座穿越陡峭地形的山岭区高架桥，最高墩墩高达83m。为了满足复杂的地形条件，芝川桥在墩身内部除去混凝土、箍筋、纵筋之外，又另加入钢管。因此，除了箍筋对墩柱混凝产生约束以外，钢管也在一定程度上约束了混凝土，可以大大的提高核心混凝土的约束效果，具有更好的抗震性能。同时，采用此种设计，钢管起到很好的劲性骨架的作用，大大的缩短了建设工期[41]。
本文编号：2929507
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