高墩大跨连续刚构桥抗震影响因素研究

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高墩大跨连续刚构桥是一种被广泛应用的桥梁结构形式,其地震响应与常见的中小跨径桥梁的地震响应有所不同。桥墩的截面形式、桥墩高差、墩梁的刚度比等设计参数的取值、桩土效应、行波效应、结构非线性等都会对此类桥梁的抗震性能产生不同程度的影响。对高墩大跨连续刚构桥抗震相关影响因素进行研究,对于提高这类桥梁的设计质量、确保桥梁结构的安全,具有重要的理论和现实意义。本文借助于大型有限元软件MIDAS/Civil,侧重研究了桥墩参数、桩土效应对高墩大跨连续刚构桥抗震性能的影响效应,主要得出以下五项结论:1.双肢薄壁墩截面形式对高墩大跨连续刚构桥的高阶振型影响较大,对竖向振型质量参与系数影响较大,空心墩抗震性能要优于实心墩。2.双肢薄壁墩间距在L/12~L/30范围时,高墩大跨连续刚构桥动力力特性基本相同,地震力作用下墩底弯矩、剪力随着间距的增大,呈线性递增。双肢薄壁墩双肢间距在常规的L/20~L/25范围变化时,整个桥梁在地震作用下的墩底弯矩、墩底剪力变化在5.5%以内、位移的变化在2%以内。3.当高墩大跨连续刚构桥存在高低墩时,随着桥墩相对高差的增大,三个方向的整体刚度都有一定的增大;随着相对高差的增大,在地震作用下,高墩的墩底弯矩、剪力呈减少趋势,矮墩的墩底弯矩、剪力有增大趋势。4.考虑桩土效应后,高墩大跨连续刚构桥动力特性发生改变,自振频率变小,结构变柔,桩土效应对横向频率影响较为显著;在弹性状态下,反应谱分析和弹性时程计算结果都显示,考虑桩土效应后,墩底弯矩减小、剪力减少,位移反应增大。5.罕遇地震下高墩大跨连续刚构桥弹塑性时程分析表明:考虑桩土效应后,高墩大跨连续刚构桥墩底弯矩减少,剪力变化较为复杂。地震动横向输入,塑性铰先发生在墩底,固结模型的塑性铰变形大于桩土模型;纵向输入时,墩顶塑性铰先于墩底出现塑性变形,墩顶位置桩土模型大于固结模型,墩底位置桩土模型小于固结模型。
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