【摘 要】
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高烈度震区高速铁路大跨度桥梁,常常采用减隔震设计才能满足抗震要求。随着震害经验的不断积累,大跨度桥梁抗震分析时,还应该考虑地震动的空间变化特性。本文对具有不同频谱特性的地震波激励下,设置不同减隔震装置的大跨度高铁连续梁桥支座力学参数进行了详细的优化分析,研究其减隔震效果及数值规律;对空间变化地震动效应中的行波效应,研究其对各减隔震装置的减震效果的影响规律。完成的主要研究内容如下:(1)利用功率谱密
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高烈度震区高速铁路大跨度桥梁,常常采用减隔震设计才能满足抗震要求。随着震害经验的不断积累,大跨度桥梁抗震分析时,还应该考虑地震动的空间变化特性。本文对具有不同频谱特性的地震波激励下,设置不同减隔震装置的大跨度高铁连续梁桥支座力学参数进行了详细的优化分析,研究其减隔震效果及数值规律;对空间变化地震动效应中的行波效应,研究其对各减隔震装置的减震效果的影响规律。完成的主要研究内容如下:(1)利用功率谱密度函数模型和相干函数模型从不同角度对空间变化地震动场进行描述,总结了用于时程分析的地震波选择原则。基于通用有限元软件,建立高铁常用的主跨128m的大跨连续梁桥全桥有限元模型。利用软件自带的一般连接单元,进行支座参数的试算调整,分别模拟粘滞阻尼器和双曲面球型减隔震支座,并建立了相应的减隔震支座桥梁结构计算模型。(2)在三种峰值相同、频谱成分不同的地震波激励下,分别对设置双曲面球型减隔震支座及粘滞阻尼器的连续梁桥模型,进行了详细的力学参数优化分析和减隔震效果分析。结果表明:三种加速度峰值相同但频谱成分不同的地震波,对同一减隔震支座模型的力学参数优化结果不同,实际支座参数选取时,应根据桥梁所处的场地条件选择相应频谱特性的地震动开展优化分析,并结合支座构造尺寸的要求综合进行确定。在Taft波作用下,除固定墩产生相对位移外,桥梁结构的地震响应均得到减小,尤其是2号固定墩的内力及墩顶位移值,减震率均达到74%以上;在Elcentro波和天津波作用下,2号固定墩的内力及墩顶位移响应显著减小,减震率均达到81%以上,其他各墩的内力和墩顶位移值出现增大情况,但与固定墩的响应值相比增加的幅度不大,由于其他各墩分担了固定墩的地震作用,各桥墩受力趋于均匀合理,避免了固定墩受力较大的情况。(3)考虑空间变化地震动效应中的行波效应,分别对设置普通支座、双曲面球型减隔震支座和粘滞阻尼器的桥梁模型进行地震响应分析,给出各模型的响应效果对比值。结果表明:对于普通支座桥梁,行波效应会放大结构墩底剪力及弯矩响应值,对墩梁相对位移的影响不明显。当波速为500m/s时,各墩墩底内力及墩梁相对位移响应值最大。对于双曲面球型减隔震支座桥梁,当视波速为500m/s时,各墩内力均明显增大,墩梁相对位移明显减小。对于设置粘滞阻尼器的桥梁,行波效应会减小各墩内力及墩梁相对位移响应值,视波速越小,主墩弯矩响应值越大,剪力和墩梁相对位移响应值越小。本文通过理论分析和数值模拟相结合的方法,分析了高铁连续梁桥在一致激励和空间变化地震动作用下的减隔震控制机理。提高了高铁连续梁桥减隔震控制的有效性和准确性,可对高铁连续梁桥开展减隔震设计提供参考,并为进一步开展其他空间变化地震动效应的研究打下基础。
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