强震作用下库区深水斜拉桥水—桥塔耦合效应研究

发布时间：2020-08-16 21:41

【摘要】：近年来,在遵循生态文明建设的前提下,国家已经逐渐加快交通桥梁纽带建设的步伐,尤其是库区深水大跨径桥梁的建设。强震作用下,库区水体引起的动水压力会影响结构的动力特性以及地震响应,给桥梁造成不利影响。鉴于此,本文基于势流体理论,依托双河特大桥实际工程,建立了无水和满库状态斜拉桥对比分析模型,主要研究了库区水体对斜拉桥动力特性以及地震响应的影响机理,并结合本项目探讨水深变化、内外域水、墩柱截面变化以及桥塔倾斜角度变化三类参数对桥塔地震响应的影响程度,为水与桥塔耦合效应在实际中的应用提供一定的参考指南。本文主要研究内容与结论如下:1.详细介绍了现阶段国内外关于墩水耦合作用的理论研究方法和现状,并对我国公路、铁路抗震设计规范和日本桥梁抗震设计规范关于动水压力的计算办法进行了总结;2.基于势流体理论,针对无水、满库两种状态进行了纵+竖和横+竖两种地震作用下斜拉桥动力响应分析,研究发现库区水体可以明显降低斜拉桥自振频率,且沿桥塔短边方向自振频率的减小幅度比沿桥塔长边方向大;两种工况地震作用下,满库状态塔顶位移峰值以及塔底内力峰值较无水状态有一定幅度的增加,且水体对于塔底剪力的影响最大;3.在地震作用下斜拉桥水-桥塔耦合效应研究的基础上,探讨外域水以及外域水+内域水与桥塔的耦合作用发现:两种工况下,桥塔自振频率都会随着桥塔入水深度的增加而降低。同一水深情况下,综合考虑内域水+外域水作用对桥塔地震响应的影响要大于单独考虑外域水的情况,因此设计时,应综合分析内域水和外域水的共同作用;4.在地震作用下斜拉桥水-桥塔耦合效应研究的基础上,探讨截面变化对耦合效应的影响发现,墩柱截面的变化可以改变水对墩柱动力响应的影响程度,优化后的墩柱截面在实际中对水可以起到良好的分流作用,但由于墩-水接触面增大,从而增大作用于墩柱壁面上的动水压力,影响墩柱动力响应;5.在地震作用下斜拉桥水-桥塔耦合效应研究的基础上,探讨4种倾斜角度对耦合效应的影响发现,倾斜角度的不同,水体对于桥塔自振频率和地震响应峰值的影响程度也会有所差异。当倾斜角度在60°和90°之间时,水体对塔顶位移、塔底剪力以及弯矩的影响随着角度的增加而减小,即桥塔越倾斜,水体对于结构地震响应影响程度越大。
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U448.27
【图文】：

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多座桥梁出现了阻碍交通运营的严重情况，需要紧急抢修，占了已建成总体桥梁的 9%[4]。例如在汶川地震中的庙子坪大桥（见图 1-1），桥墩出现了不同程度的倾斜，有较大的墩顶位移，出现了落梁震害。该桥在地震时主墩淹没深水达到了 45m左右，水库正常蓄水时，淹没深度将达近 100m。研究表明桥墩淹没水深对结构自振频率有一定影响。

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这期间经历了多少磨难与艰难险阻。18 世纪前叶，英国的工业革命像一台动力十足的柴油机一样迅速的加速了交通建设行业的发展，尤其是桥梁的建设。水泥、预应力混凝土的发明、实验研究的发展和计算机的高尖端技术无一不是桥梁发展、进步强有力的保证。1855 年，由于水泥技术的发明，世界上建成了第一座利用水泥砂修建的石拱桥。由于钢筋混凝土的各项性能不够完美，承载能力有一定的局限性，当时的科学技术发展缓慢不足以支撑强大的桥梁行业，因此当时的桥梁在一段时间内的发展基本处在停滞期。不久之后，随着预应力混凝土技术的横空出世，桥梁的发展又进入了一个崭新时期。1925 年，西班牙[5]首次建成了第一座以拉索作为承重体系，钢筋混凝土作为主要材料的斜拉桥。1962 年，委Qg瑞拉马拉博湖上建立了一座新型公路斜拉桥，自此行业慢慢进入了预应力混凝土斜拉桥的时代。

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【参考文献】