限位挡块对跨断层简支梁桥抗震性能的影响研究

发布时间：2020-06-28 03:26

【摘要】：断层及其临近区域是震害最为集中的区域,因此当前国内外相关抗震规范提出以避让为近断层区结构的主要减震措施。然而,受地形、地貌、建设成本及线路总体走向等因素的制约,桥梁结构跨越活动断层在所难免。近年来,多座跨断层桥梁在历次大地震中遭到严重破坏或者垮塌,其中,横向落梁是跨断层桥梁最为显著的破坏特征,而横向限位挡块对此类桥梁抗震性能影响的系统研究仍非常薄弱。本文以某跨断层简支梁桥为研究对象,以人工模拟的跨断层地震动为激励,基于OpenSEES平台建立桥梁结构的三维有限元数值模型,系统研究了挡块强度V、初始间隙s及挡块变形延性能力对跨断层简支梁桥地震响应的影响特征及规律。本文的主要研究工作如下:(1)以某跨断层简支梁桥为研究对象,基于OpenSEES平台建立其精细化的非线性有限元模型,同时利用SAP2000软件建立上述简支梁桥数值模型,通过两种模型的对比,验证了模型的合理性。(2)系统梳理了速度脉冲模拟模型及地震动等效脉冲参数取值的既有研究成果,确定了设计及罕遇地震动水平下的脉冲参数,选取了与场地相匹配的高频水平向地震动,采用低频脉冲叠加高频底波的方式合成了设计地震及罕遇地震下的跨断层地震动。(3)系统研究了两种地震动水平下挡块强度V对支座位移、墩顶及梁端位移、墩底截面响应的影响规律。多工况下的非线性动力时程计算结果表明,相对于非紧邻断层,紧邻断层桥墩需设置更高强度的挡块才能有效限制墩梁相对位移;罕遇地震作用下结构响应较设计地震更大,且需设置更高强度的挡块才可起到限位作用;两种地震动强度下,墩底响应均随挡块强度的增加先增大最后趋于稳定。(4)系统研究了两种地震动水平下挡块初始间隙s对支座位移、墩顶及梁端位移、墩底截面响应的影响规律。研究表明,相比于非紧邻断层,紧邻断层桥墩需设置更大的初始间隙才能避免挡块过早发生破坏,从而使挡块发挥更好的限位作用;相对于设计地震,各桥墩在罕遇地震下需设置更大的初始间隙才能起到较好的限位效果。两种地震动强度下,墩底响应均是先减小最后趋于稳定。(5)系统研究了两种地震动水平下挡块变形延性能力对支座位移、墩顶及梁端位移、墩底截面响应的影响规律。结果表明,随着挡块延性能力的提高,支座位移减小,而墩底响应增大,但整体变化幅度较小。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U442.55
【图文】：

分布图,中国大陆,断裂带

典型的地震多发且地震灾害严重的国家ｗ。全国范围内活动断层分布广泛，现己逡逑探明的主要地震断裂带达４９５条，中国大陆断裂带分布图、北京市断裂带分布图逡逑如图１－１和图１－２所示。逡逑图１－〗中国大陆断裂带分布逦图１－２北京市断裂带分布图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｃｒｕｓｔａｌ邋ｆａｕｌｔｓ邋Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２邋Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｃｒｕｓｔａｌ邋ｆａｕｌｔｓ逡逑ｉｎ邋Ｃｈｉｎａ逦ｉｎ邋Ｂｅｉｊｉｎｇ逡逑板块之间相互挤压碰撞，使得板块边沿内部错动、断裂进而形成地震。当震逡逑级较高时，震中区附近会出现地表破坏的现象，形成断层。断层的生成、规模及逡逑展布完全受其下方发震断裂的控制，具有极强的方向性和破坏力，地面的断裂会逡逑导致地下工程设施和地面建筑严重破坏。图卜３为典型的断层地表破裂带。逡逑Ｉ逡逑

断层错动,水坝,断层

（ａ）邋２０１０年玉树地震逦（ｂ）邋２００８年汶川地震逡逑图１－３典型断层地表破裂带逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－３邋Ｔｙｐｉｃａｌ邋ｒｕｐｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｓｕｒｆａｃｅ逡逑台湾集集地震中（７．６级），大甲溪河床因车笼埔断层的错动隆起约６．５ｍ，同时逡逑导致位于大甲溪上的稗丰桥发生倒塌（如图１－４所示）。大甲溪下游的石网水坝也逡逑因断层错动损毁严重，其中１５－１８道溢洪闸门受损断裂，在断层处，水坝竖向断逡逑裂达９．３ｍ邋（如图１－５所示）。逡逑！逡逑图１－４断层错动导致稗丰桥坍塌逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－４邋Ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋Ｂａｉｆｅｎｇ邋Ｂｒｉｄｇｅ邋ｂｅｃａｕｓｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｆａｕｌｔ邋ｒｕｐｔｕｒｅ逡逑图１－５断层错动导致石冈水坝断裂逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－５邋Ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋Ｓｈｉｇａｎｇ邋Ｄａｍ邋ｂｅｃａｕｓｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｆａｕｌｔ邋ｒｕｐｔｕｒｅ逡逑土耳其Ｄｕｚｃｅ地震中（７．４级），北安纳托利亚（Ｎｏｒｔｈ邋Ａｎａｔｏｌｉａ）断层两侧形成逡逑１．５ｍ的永久位移，断层从Ｂｏｌｕｌ号高架桥４５＃？４７＃桥徵之间倾斜穿过，在断层作逡逑用下Ｂｏｌｕ高架桥遭到严重破坏，４５＃右墩和４７＃左墩均出现永久转动Ｗ邋（如图１－６逡逑所示）。逡逑２逡逑

【参考文献】