整体式斜交连续梁桥抗震性能分析

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在整体式斜交连续梁桥中,上部结构为连续多跨梁,且在桥端与桥台整体浇筑。相比桥台处设有伸缩装置的传统斜交连续梁桥,整体式斜交连续梁桥可显著降低桥梁的建造及养护成本,有效避免地震作用下桥台处上部结构的错位及脱落,提高整桥抗震性能。但由于桥梁地震响应的空间耦合性、桥台-土及桥台桩-土的动力相互作用,整体式斜交连续梁桥的地震响应较为复杂,目前对其地震响应及抗震性能的研究极其有限。本文基于有限元非线性时程分析,对整体式斜交连续梁桥进行了一系列地震响应分析及参数研究,主要研究工作及结论如下:(1)利用SAP2000建立了某整体式斜交连续梁桥的三维有限元分析模型,对整体式斜交连续梁桥在地震作用下的受力特性和破坏过程进行了分析。研究表明:该整体式斜交连续梁桥的震害变形主要集中于桥台桩,墩顶支座发生中等破坏,桥墩几乎无损伤。(2)针对跨数、斜交角、台后土密实度和墩高等参数,对比分析了整体式斜交连续梁桥的地震响应。研究表明:跨数对桥梁地震响应有显著影响,跨数越多,各构件地震响应越大;斜交角对桥梁地震响应的影响较为复杂,斜交角增大时,桥面纵桥向位移和中跨桥面转角增大;台后土密实度增大时,桩顶及桥面纵桥向位移减小,但桩顶和桥面横桥向位移及桥面转角增大;墩高增大时,墩顶支座剪切应变减小,桥面转角及墩顶漂移率增大。(3)考虑挡块类型、强度和初始间隙的变化,研究了挡块对整体式斜交连续梁桥抗震性能的影响。研究表明:设置挡块后,墩顶漂移率有所增加,但始终小于保护层混凝土脱落所对应的限值;挡块强度和初始间隙对墩顶支座剪切应变影响显著,但对桥面位移的限位效果不明显;桥梁上部结构与挡块间的碰撞次数随挡块强度的增大而增大,随初始间隙的增大而减小。(4)考虑桥台高度、钢桩朝向、桩周土刚度及桩头类型的变化,研究了不同参数对桥台-桩体系抗震性能的影响。研究表明:桥台高度增大时,桩顶弯矩及桩身反向弯矩增大,反向弯矩峰值点位置下移,当桥台超过一定高度时,桩身反向弯矩峰值甚至超过桩顶弯矩,即地下桩身可能出现塑性铰;相比钢桩绕弱轴弯曲或按桥台方向布置,当钢桩绕强轴弯曲且按桥梁轴线方向布置时,桩顶弯矩最大;减小桩周土刚度并未有效降低桩身弯矩;采用柔性桩头可有效减小桩顶弯矩,但桩身反向弯矩峰值或将超过桩顶弯矩,即地下桩身可能率先出现塑性铰。
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