自复位隔震高墩模型拟静力试验研究

发布时间：2020-07-08 01:18

【摘要】：我国西部地形多为山地,且位于高烈度地震区,高墩桥梁在该地区广泛应用。本文以某铁路空心高墩为背景,采用模型拟静力试验方法探究了自复位摇摆隔震高墩的隔震效果,基于Open Sees平台对自复位高墩模型的拟静力试验进行模拟。从模型试验和数值模拟两个方面分析了自复位隔震高墩的隔震机理和抗震性能,研究内容包括如下5个方面:(1)本文回顾了近些年来国内外抗震理念的发展过程,重点关注了摇摆隔震,并对国内外学者在摇摆隔震的理论计算、数值模拟和试验研究等方面取得的成果进行总结;简单介绍了国外若干座已经采用摇摆隔震理念设计的桥梁;详细分析了当前自复位隔震高墩摇摆隔震的机理和摇摆隔震的优越性。(2)设计了几何相似比为1:25的自复位高墩模型。模型试验分为两个工况:自由摇摆工况和受控摇摆工况;试验中制作了两个相同的桥墩模型,并采用长5m的工字钢模拟桥梁上部结构恒载;两个工况分别采用不同的等幅位移控制加载制度。(3)通过自复位隔震高墩模型拟静力试验,获得了滞回曲线、骨架曲线、墩底弯矩、提离条件、限位钢筋拉力、承台底受压区宽度、墩底转角等基本数据,这些数据能反应桥墩模型的隔震性能。通过比较两个工况中对应数据,验证了自复位隔震高墩的隔震机理和隔震效果,发现预应力限位钢筋可以显著减小墩顶位移、改变提离条件、增加桥墩刚度和延性。(4)基于Open Sees平台建立试验桥墩的数值模型,顺桥向用刚臂模拟承台,采用仅受压弹簧模拟桥墩提离,用桁架单元模拟预应力限位钢筋,对自复位隔震高墩模型拟静力试验加载过程进行数值模拟,获得了与模型桥墩试验相对应的数据。(5)将试验得到的数据与数值模拟结果进行对比可以发现,Open Sees平台可以很好地模拟自复位隔震高墩拟静力试验所得到的滞回曲线、骨架曲线、提离条件、限位钢筋拉力等,其中模拟的滞回曲线和骨架曲线具有较高的精度。
【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】：U446.1
【图文】：

震害,桥墩

而桥墩的设计是桥梁整个结构设计的关键环节。桥墩在地震中必须有足够的强度、刚度和延性。地震作用下，柔性墩多发生弯曲破坏，非柔性墩则多发生剪切或弯剪破坏，上刚下柔的特点使桥墩在地震中容易遭受破坏，桥墩震害案例示于图1.1。(a) (b)图 1.1 桥墩震害山区桥梁增加桥墩高度可以使桥式更加经济合理，故高墩桥梁在我国广泛应用[2]。我国西部多山，且处在高烈度地震区，在这些地区的桥梁尤其是高墩桥梁所面临的地震威胁更加突出。高墩本身自重就大，墩顶承受的桥跨荷载也比一般桥墩大，这两点皆不利于抗震[3]；高阶振型的贡献大、相邻桥墩高度相差很大也使得其地震反非常特殊[4]，在强地震作用下高墩桥梁的反应与低墩桥梁相比具有明显的非线性行为[5]。当前桥梁抗震设计方法包括：延性抗震设计和减、隔震设计[6]，延性抗震已被广泛采用[7]。我国的公路抗震规范[8]、我国台湾铁路规范[9]、欧洲抗震规范[10]和日本抗震设计要求[11]均未针

滑动隔震,桥墩基础

兰州交通大学工程硕士学位论文表明，结构的摇摆有利于削弱结构在地震中的反应。文献[34]指出刚体的尺寸与低晃频率对摇摆反应有巨大的影响。另外，文献[35]研究了刚体在弹簧约束后的摇摆，结果显示细长刚体受到低频摇晃时，弹塑性弹簧的约束效果最明显。在早期基础理论中，仅分析了刚体的滑动和摇摆反应，却忽略了结构的变形。随着人们对基础问题的深入探索，与之有关的各种试验研究也是越来越多。美国加州大学近年来进行了桥梁基础摇摆隔震方面的试验研究，研究显示基础摇时候，基底的土可以有效地消耗地震能量，但会发生永久变形。日本东京工业大学振动台试验与数值分析两个手段，探索了桥梁基础隔震，其研究表明阻尼比对分析有着较大的影响。我国台湾地区一高校研究结果表明，桥梁基础摇摆可以降低墩底性变形，但会增大墩顶位移。文献[36]采用数值模拟和模型试验两种方法，分析了后扩大基础的非线性地震反应。

基础隔震,斜拉桥

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