高墩大跨连续刚构桥地震损伤及防治措施研究

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连续刚构桥作为桥梁结构常用桥型之一,其最大的特点是墩梁固结,桥梁整体性强,具有出色的抗震能力。由于连续刚构桥在施工期间会进行多次体系转换,从而导致施工阶段的内力状态与成桥阶段有很大的不同。因此,需要对施工阶段中的诸多因素进行充分考量,以确定其对成桥内力的影响。本论文以一座由(120+220+120)m连续刚构+(4×40)m简支T梁组成的高墩大跨连续刚构桥为研究背景,考虑施工过程的影响,采用增量动力分析(IDA)方法,研究地震作用下主梁与主墩的损伤以及预应力钢束的应力变化情况。在此基础上,采用波形钢腹板代替混凝土腹板、在过渡墩处引入铅芯橡胶支座及液体粘滞阻尼器等减震措施,分析上述措施对连续刚构桥地震损伤的控制效果。主要研究工作如下:(1)归纳了连续刚构桥的震害特征,总结了连续刚构桥的地震反应以及损伤控制的研究现状。(2)采用Midas civil建立了高墩大跨连续刚构桥的施工模拟分析模型,获得了连续刚构桥在不同施工阶段和成桥时的内力状态,并在此基础上建立了相应的动力分析模型。(3)考虑预应力钢束应力变化对结构地震反应的影响,分析了预应力增量对主梁混凝土顶板、腹板、底板地震应力的影响。采用IDA方法获得了主梁顶板、腹板、底板混凝土开裂的地震动峰值加速度(PGA)以及在地震作用下连续刚构桥的易损位置,并得到了考虑动轴力影响下主墩墩顶、墩底位置混凝土开裂时的PGA。(4)采用波形钢腹板代替混凝土腹板的减震措施,建立了相应的有限元分析模型。依据相关设计规范,对施工阶段、正常使用及承载能力极限状态和波形钢腹板的剪切屈曲稳定进行了校核与验算。对比分析了混凝土腹板刚构桥与替换腹板后刚构桥主梁与主墩的损伤情况,对替换腹板后刚构桥的主墩纵桥向混凝土壁厚进行了调整,对主墩局部施加预应力钢束以及桥墩间设置横系梁以进一步提升桥墩的抗震性能。(5)在0#桥台与3#过渡墩处设置3种规格的铅芯橡胶支座,通过对比分析主梁与主墩的损伤控制效果选出支座最优型号。在墩台相同位置设置液体粘滞阻尼器,通过分析阻尼参数对连续刚构桥地震损伤的影响确定最优参数。最后对比分析铅芯橡胶支座与液体粘滞阻尼器对连续刚构桥地震损伤的控制效果。
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