斜拉人行天桥的地震响应与控制

发布时间：2020-05-28 07:26

【摘要】：世界范围内每年发生大约150到200次7级以上震级的破坏性地震,造成了相关国家巨大的人员和财产损失。由于地震发生的复杂性和地震预测方面存在的困难,现代城市基础设施的安全需要高效的和不断创新的地震防护系统来保证。人行桥作为现代城市基础设施的重要组成部分,不仅能够大大减缓交通压力,便于行人安全,有时也是人们休闲与观察城市的窗口;人行天桥一般情况下设置在重要的交通枢纽路口,以缓解人流、车流交织引起的交通拥堵,有时也常作为一种景观结构,在一些城市休闲公园中随处可见。由于这类桥梁结构简单,设计及施工较为简便,所以其结构形式更加多种多样,常见有简支梁桥,连续梁桥,弯桥,斜拉桥等结构形式,常用的材料主要包括混凝土和钢材。人行天桥是桥梁工程的重要组成部分,虽然其震害对灾后行人的通行影响很小,但一旦发生落梁或坍塌,将严重阻碍其跨越的城市交通主干道和快速路的救援通行,威胁城市生命线工程。目前对人行天桥的研究主要集中在车辆或行人经过时天桥的振动性以及人行天桥上行人的舒适性等方面,但在对人行天桥的抗震问题上未能引起足够的重视。人行天桥的结构形式多变,针对人行天桥的抗震性能方面的研究成果还很少,尤其是人行斜拉天桥。本文以兰州市某人行斜拉桥天桥为例,借助Midas Civil有限元分析软件建立了该桥的空间有限元模型。全桥共划分为135个单元,176个节点。主梁及桥墩、桥塔用梁单元模拟,斜拉索用桁架单元模拟,承台底固接箱梁采用单箱三室截面该桥模型,对其进行了结构静力及抗震性能分析,本文主要工作包括:(1)查阅诸多有关地震灾害和桥梁,尤其是人行天桥的震害资料,归纳总结了人行天桥的发展及研究现状,不同结构型式人行桥的特点及其在地震发生时出现的震害。详细介绍了目前最常用的两种地震分析方法——反应谱法和时程分析法用于桥梁抗震分析的流程。(2)借助有限元软件MIDAS/CIVIL,采用Ritz向量迭代法计算其前60阶模态,结果表明:考虑49阶振型时,三个方向的振型参与质量均超过90%以上,满足规范的计算精度要求。从振型图可以看出,桥梁的前几阶振型为横桥向振型,且在计入更多的高阶振型后,振型参与质量才能达到要求。该桥在一阶竖向振型大于3.0Hz,满足人行天桥的设计规范;应用基于模态分析的弹性反应谱法和动力时程法研究研究了背景桥梁的动力特性和地震反应。反应谱分析结果表明:跨中的横桥向位移较大,弯矩最大的截面在塔底处,且在多遇或者罕遇情况下其横桥向地震作用比顺桥向大;靠近桥塔处的2号墩的地震作用比1号墩大,塔底和2墩墩底成为内力控制截面,其截面尺寸的设计对结构安全至关重要。采用拟合反应谱的人工地震波作为输入进行时程响应分析,结果与反应谱法分析结果颇为相近。(3)采用直接固结与“m”法两种方法模拟桩土边界条件,以考虑桩土相互作用对结构地震响应的影响。相比较而言,直接嵌固模型的各主梁、主塔、各墩顶截面内力及各墩底截面的剪力总体上都略小于弹性模型,忽略桩土效应计算的桥梁地震响应结果偏于不安全。(4)建立了采用铅芯橡胶支座作为减隔震装置的人行天桥计算模型,并对该模型进行了动力时程反应分析。设置铅芯橡胶支座后,塔顶的位移大约增大了5%左右,而两个墩顶的位移大约减小了25%左右,减隔震效果非常明显;内力的变化和位移的变化趋势基本一致,在塔底的弯矩增大大约7%,墩底弯矩减小了大约33%。结果表明:铅芯橡胶支座对本人行天桥桥塔的位移及内力的减震效果不明显,对墩顶位移及墩底弯矩的减震效果良好,且支座一直处于线弹性状态;
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U442.55;U448.11

【参考文献】