单向及双向地震作用下摩擦摆支座隔震高铁桥梁抗震性能分析

发布时间：2017-04-14 17:17

  本文关键词：单向及双向地震作用下摩擦摆支座隔震高铁桥梁抗震性能分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：高铁具有快捷、安全、舒适等方面优势,已成为交通网络中发展的主要趋势。由于其对于区域经济发展和抗震救灾的重要性,确保高铁桥梁在地震尤其是极罕遇地震下的抗震安全性是重要的科学问题。我国高铁主要采取以“以桥代路,以桥代遂”的方法,修建多种形式的桥梁。高铁桥梁对线路平顺性和稳定性要求非常高,因此,桥墩横向和竖向都应有足够大的刚度。然而,我国地处世界两大地震带,地震活动频繁,地震作用下,刚度大的桥墩较刚度小的桥墩更容易遭到破坏。因此,对高铁桥梁采用减隔震技术非常有必要。高铁桥梁上部结构自重大,并对支座横向位移要求高,传统的橡胶类支座由于竖向承载力有限,横向刚度、耐久性、稳定性等问题,不适合应用于高铁桥梁中。因此本文提出了摩擦摆支座、弹塑性阻尼器与缓冲限位装置并联的高铁桥梁隔震方案,并开展了单向地震作用和双向地震作用的桥梁抗震性能与参数分析,主要包括:1以实际高铁隔震桥梁为研究对象,分别采用SAP2000和Midas软件建立桥梁非线性模型,通过对比桥梁的自振周期及振型,验证了模型的正确性;以SAP2000所建桥梁模型为研究对象,桥面结构采用弹性空间梁单元,摩擦摆支座采用Friction Isolator单元,桥墩混凝土采用Mander本构模型并采用纤维单元划分,分别按横桥向和纵桥向对隔震桥梁进行单向地震和双向地震作用的抗震性能分析;通过与规范反应谱进行谱加速度拟合对比,选取了7条单向地震波和3条双向地震波。2在单向地震作用下,FPS隔震、FPS和阻尼器共同作用、FPS和阻尼器及缓冲限位装置共同作用三种隔震方案进行了横桥向和纵桥向桥梁抗震性能分析,验证了本文提出的隔震方案在各级地震作用下的有效性,即在保证桥梁隔震效果的基础上能够有效地保证隔震支座的安全性。3对三种隔震方案进行了参数影响分析。提出了三种隔震方案的参数选取原则,并通过大量的仿真分析给出了FPS支座的摩擦系数和半径、弹塑性阻尼器的弹性刚度、塑性刚度和刚度比以及缓冲限位装置的缓冲限位距离、弹性刚度等参数的合理取值。4在双向地震作用下,FPS隔震、FPS和阻尼器共同作用、FPS和阻尼器及缓冲限位装置共同作用三种隔震方案进行了桥梁抗震性能分析,指出与双向地震作用相比,单向地震会低估支座位移,支座存在一定的安全隐患,因此,在隔震桥梁的研究与应用时考虑双向地震作用是很有必要的。
【关键词】：摩擦摆支座 弹塑性阻尼器 缓冲限位装置 单向地震 双向地震
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U442.55
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 研究目的和意义13-14
• 1.3 隔震桥梁限位及缓冲装置研究现状14-17
• 1.4 本论文主要研究内容17-19
• 第二章 摩擦摆支座隔震高铁桥梁模型的建立19-48
• 2.1 高铁桥梁钢筋混凝土非线性力学模型19-25
• 2.1.1 弹性空间梁单元19-20
• 2.1.2 混凝土应力——应变关系20-24
• 2.1.3 桥墩非线性模拟24-25
• 2.1.4 钢筋本构25
• 2.2 摩擦摆支座力学模型25-28
• 2.2.1 单向地震作用下的摩擦摆支座恢复力模型26-27
• 2.2.2 双向地震作用下的摩擦摆支座恢复力模型27-28
• 2.3 弹塑性阻尼器力学模型28-30
• 2.4 缓冲限位装置碰撞力学模型30-35
• 2.4.1 线性弹簧法31
• 2.4.2 传统Kelvin模型31-32
• 2.4.3 Hertz模型32-33
• 2.4.4 Hertz-damp模型33-34
• 2.4.5 改进Hertz-damp模型34-35
• 2.5 高铁隔震桥梁模型建立及验证35-39
• 2.5.1 模型的建立35
• 2.5.2 模型的建立35-37
• 2.5.3 模型计算结果对比37-39
• 2.6 地震波选择39-47
• 2.6.1 人工波合成原则39-41
• 2.6.2 单向地震波选择41-43
• 2.6.3 双向地震波选择43-47
• 2.7 本章小结47-48
• 第三章 单向地震波作用下高铁隔震桥梁的抗震性能分析48-66
• 3.1 摩擦摆支座隔震桥梁抗震性能分析49-55
• 3.1.1 横桥向桥梁抗震分析49-52
• 3.1.2 纵桥向桥梁抗震分析52-55
• 3.2 FPS和弹塑性阻尼器共同作用隔震桥梁抗震分析55-60
• 3.3 FPS、阻尼器和缓冲装置共同作用时隔震桥梁抗震分析60-65
• 3.3.1 横桥向桥梁抗震分析61-63
• 3.3.2 纵桥向桥梁抗震分析63-65
• 3.4 本章小结65-66
• 第四章 单向地震作用下摩擦摆支座隔震高铁桥梁参数分析66-84
• 4.1 摩擦摆支座参数分析66-71
• 4.1.1 横桥向摩擦摆参数分析67-69
• 4.1.2 纵桥向摩擦摆参数分析69-71
• 4.2 阻尼器参数分析71-79
• 4.2.1 弹性刚度71-74
• 4.2.2 屈服力74-76
• 4.2.3 塑性刚度76-79
• 4.3 缓冲限位参数分析79-83
• 4.3.1 横桥向缓冲限位参数分析79-81
• 4.3.2 纵桥向缓冲限位参数分析81-83
• 4.4 本章小结83-84
• 第五章 双向地震作用下高铁隔震桥梁抗震性能分析84-103
• 5.1 考虑双向地震波的必要性84-86
• 5.2 摩擦摆支座抗震性能分析86-90
• 5.3 FPS和阻尼器共同作用时桥梁抗震性能的分析90-95
• 5.4 FPS、阻尼器和缓冲限位作用时桥梁抗震性能的分析95-101
• 5.4.1 横桥向缓冲限位桥梁抗震性能分析96-98
• 5.4.2 纵桥向缓冲限位桥梁抗震性能分析98-101
• 5.5 本章小结101-103
• 结论与展望103-105
• 参考文献105-109
• 附录A 三种隔震方案图示109-111
• 附录B 攻读硕士学位期间发表学术论文情况111-112
• 致谢112

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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4 孟兮;高日;李承根;;减震榫滞回性能理论及试验研究[J];桥梁建设;2015年03期

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8 冯亚成;;高速铁路大跨连续梁桥减隔震方案讨论[J];地震研究;2015年01期

9 朱勇毅;罗富元;;中小跨桥梁横向抗震挡块的合理设置方式[J];城市道桥与防洪;2014年11期

10 孙晓宇;汤爱平;;挡块对隔震桥梁地震响应影响的研究[J];地震工程与工程振动;2014年S1期

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本文编号：306483