钢管混凝土格构式高墩连续梁桥抗震性能及抗震设计研究

发布时间：2020-06-17 08:51

【摘要】：钢管混凝土格构式高墩连续梁桥是一种新型桥梁结构体系,与传统的钢筋混凝土高墩桥相比,具有承载力高、刚度大、延性耗能良好、造型美观、施工便捷等优点,适用于跨谷强震区。现有的抗震研究主要集中在具体的实桥结构动力分析方面,而关于该新型桥梁结构的抗震性能及设计方法研究鲜为报道。为此,本文以干海子特大桥为工程背景,采用Midas Civil程序深入分析钢管混凝土格构式高墩连续直、弯梁桥结构的抗震性能,研究不同设计参数的抗震适用性,并提出罕遇地震作用下适合工程应用的抗震设计简化方法。(1)对三跨一联的钢管混凝土格构式高墩连续直梁桥进行弹性动力特性分析、内力响应分布规律研究等。在此基础上探讨E1地震作用下,概念设计参数(梁墩刚度比、主梁高跨比、宽跨比、轴压比、减隔震装置)、格构墩柱肢参数(墩高、柱肢坡度、柱肢截面含钢率、墩顶柱肢间距)、格构墩缀管连接参数(格构墩缀管布置型式、支主管管径比、平缀管竖向间距、横撑道数、柱肢钢材强度、柱肢混凝土强度)对该类梁桥的抗震性能影响规律和适用性,建立全桥优化设计准则,给出各参数的建议范围值。结果表明,概念设计参数(高跨比除外)对弯矩、轴力、位移等指标影响最为敏感,格构墩柱肢参数次之,格构墩缀管参数最弱,且优化后的实桥模型可大幅度降低地震响应,改善结构内力分布。(2)采用同样的方法,对钢管混凝土格构式高墩连续弯梁桥结构的抗震性能影响规律分析,并增加曲率半径和激励角度参数,同时还与直梁桥设计参数规律对比。研究结果表明:当曲率半径350m时,曲率半径参数引起的梁、墩“弯扭耦合”效应不可忽视;当曲率半径≥350m时,各个参数对直、弯梁桥的主梁弯矩、桥墩轴力和位移指标影响规律基本一致,但桥墩弯矩指标变化幅值受桥型影响差异较大。0°和90°均为最不利荷载激励角度工况;优化后的弯梁桥结构能够有效降低地震响应值,提高结构抗震性能。(3)采用弹塑性时程法,对罕遇地震作用下钢管混凝土格构式高墩连续直梁桥进行地震响应分析,探讨了全桥的内力分布特征、桥墩延性性能和屈服破坏过程等,并对梁墩刚度比、柱肢截面含钢率、轴压比等6个主要敏感参数进行抗震影响规律分析。研究结果表明:钢管混凝土格构式高墩延性系数高、抗震性能良好;随着梁墩刚度比、墩高、主梁宽跨比、柱肢截面含钢率和轴压比值的减小,桥墩延性性能均呈不同程度的提高,增设减隔震装置后可有效改善桥墩的延性性能。对钢管混凝土格构式高墩连续梁桥计算模型进行弹性及弹塑性法的地震响应对比分析,借鉴《公路桥梁抗震设计细则》JTG/TB02-01-2008钢筋混凝土桥梁的抗震设计方法,提出了基于结构自振周期的抗震简化分析方法,并采用不同地震波、设防烈度和加速度峰值(IDA)方面对算法进行验证。结果表明,提出的等效弹性法计算结果与纤维模型法分析数值吻合良好。研究成果可为该新型桥梁的抗震设计提供理论基础,同时也为钢管混凝土柱抗震设计规程的进一步完善提供参考与借鉴。
【学位授予单位】：福建工程学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U442.55
【图文】：

布置图,海子,桥型,布置图

力特性、内力分布规律和关键控制截面。从概念设计参数、格构墩柱肢参数以及格构墩缀逡逑管设计参数三个层面，系统分析比较各参数对钢管混凝土格构式高墩连续直梁桥抗震性能逡逑的影响规律，在此基础上对结构进行抗震优化设计并进行工程实例验证。逡逑２．１工程背景逡逑２．１．１总体布置逡逑干海子特大桥位于四川省雅安石棉至沪沽高速公路上，是京－昆高速公路的控制性工程逡逑之一［７４］。由于大桥桥位地址处复杂，交通条件差，通过技术论证后，主梁采用钢管混凝土逡逑桁架梁形式，可有效减轻结构的自重。同时，桥墩采用钢管混凝土组合高墩新型结构，利逡逑用高桥墩的柔性、自重轻等特点来降低结构的地震响应，从而提高结构的抗震性能。全桥逡逑共计３６跨，分３联设计，第一联共有１１跨：４０．７ｍ＋９ｘ４４．５ｍ＋４０．７ｍ；第二联共有１９跨：逡逑４５．１ｍ＋３ｘ４４．５ｍ＋ｌｌｘ６２．５ｍ＋３ｘ４４．５ｍ邋＋４５．１ｍ；第三联共有邋６邋跨：４０．７ｍ＋９ｘ４４．５ｍ＋４０．７ｍ。逡逑第一联结构的总体布置详见２－１图所示（本文仅以第一联的五、六、七三跨为工程背景）。逡逑９ｘ４４５０＝４００５０４０７０

横断面图,横断面构造,钢管混凝土,桁架

间距为１２２５ｃｍ。每根柱肢下面均设一根直径为１８０ｃｍ的钢筋混凝土桩基础，柱肢与桩基逡逑础通过厚度为３００ｃｍ的钢筋混凝土矩形承台连接而成的整体受力体系。具体的钢管混凝土逡逑格构墩构造详见图２－３。逡逑ＣＴＬ．邋逦逦ｔｆｆｌ逡逑ｏ逦ｏ逦：逡逑ｏ逦ｏ逦：逡逑ｏ逦ｏ逦二逡逑ｏ逦ｏ逦：逡逑：ＵＫＺＸＡ７Ｕ：逦；：：逡逑ｏ逦ｏ逦＝逡逑ｏ逦ｏ逦二逡逑ｏ逦ｏ逦￣逡逑0逦Ｏ逦＝逡逑：ＵＶＺＸ／＼Ｈ－１：逦：＝：逡逑ｏ逦ｏ逦￣逡逑ｏ逦ｏ逦￣逡逑ｏｊ逦Ｏ逡逑＝逦ｓ逦＝逦１逡逑ＬＪ逦ＬＪ逦ＵＬＪ逡逑□邋□邋□邋□逡逑（ａ）桥墩横断面图逦（ｂ）桥墩纵断面图逡逑图２－３钢管混凝土格构墩逡逑１３逡逑

【参考文献】