考虑基础冲刷的高桩承台混凝土桥梁时变抗震性能研究

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桥梁工程作为交通生命线系统中的重要枢纽,具有重要的经济和战略意义,其服役期间的安全性十分重要。在众多影响其使用安全性的因素中,地震和洪水冲刷是两种主要的原因。对于建设在地震活跃带上的跨水域桥梁工程,同时面临着地震和洪水冲刷两大自然灾害的威胁。因此,本文以我国西部地区某河流上一座多跨混凝土连续刚构桥为例,进行了洪水冲刷深度风险分析,并研究了基础冲刷效应对高桩承台混凝土桥梁时变抗震性能的影响。主要研究工作如下:(1)基于HEC-18规范中的冲刷深度计算方法,对算例桥梁的基础冲刷深度分别进行确定性和不确定性分析;对该河流历史洪水流量进行洪水频率统计分析,采用不确定性分析方法得到洪水危险性曲线,进而得到算例桥梁在不同洪水事件下的冲刷深度风险曲线。(2)针对7种不同风险水平的洪水事件分别建立了不同的算例桥梁Open SEES有限元模型,选取多条地震波对其进行非线性时程分析。研究结果表明:随着冲刷深度的增加,桥梁结构自振周期和各构件(主梁、桥墩和桩基)的峰值位移响应有逐渐变大的趋势;墩顶和桩顶截面的峰值内力随冲刷深度的增加而变大,但墩底截面的峰值内力却随之而减小;随冲刷深度的增加,边跨伸缩缝处的碰撞效应以及桥台变形响应变化显著。(3)考虑地震波不确定性的影响,选取100条地震波进行非线性时程分析,然后建立算例桥梁的时变地震易损性曲线。研究结果表明:冲刷深度变化对支座横桥向地震易损性影响较大;随着桥梁服役时间的增加,墩顶截面的地震失效概率逐渐增加,墩底截面的地震失效概率则出现下降趋势,桩顶截面和桥台的地震失效概率显著增加。
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