论文部分内容阅读
汶川地震中,大量采用板式橡胶支座的简支斜交桥发生了严重的震害,尤以主梁的移位震害最为明显,甚至发生落梁,且主梁移位也进一步导致了结构碰撞、挡块破坏、支座脱空等一系列后果。从防落梁的角度而言,合理的墩-梁搭接宽度能够有效降低桥梁发生落梁震害的风险,我国规范在计算墩-梁搭接宽度时主要参考了日本和美国的抗震规范,但实际上我国的中小跨径梁桥在结构布置和构造形式上与日本和美国的桥梁有一定的区别,主要体现在板式橡胶支座不设锚固措施,横桥向采用钢筋混凝土限位挡块等方面。因此,简支斜交桥的地震位移响应特征和墩-梁搭接宽度的合理设置也有别于日本和美国的桥梁。基于上述原因,本论文首先开展了多跨简支斜交桥的动力特性研究,然后从结构本身特性和地震动特性两方面开展了结构位移响应特征研究,揭示了多跨简支斜交桥典型地震位移震害的机理,最后采用二次回归正交组合设计方法,针对多跨简支斜交桥的墩-梁搭接宽度开展了参数研究,并借助蒙特卡洛模拟法对本文所提公式进行了优化,针对性提出了多跨简支斜交桥的最小墩-梁搭接宽度计算表达式。本文的主要研究内容和结论如下:
(1)选取某5×20m多跨简支斜交T梁桥为基准桥例,考虑板式橡胶支座滑移、桥墩塑性铰、邻梁在伸缩缝处的碰撞、以及钢筋混凝土挡块性能退化等非线性因素,基于SAP2000平台,研究并建立了桥例的非线性有限元分析模型及其对应的线弹性分析模型。采用线弹性分析模型对多跨简支斜交桥的动力特性进行参数分析,重点分析了斜交角、墩高和跨径等参数对多跨简支斜交桥动力特性的影响规律。研究表明:斜交角、墩高和跨径对桥梁的自振频率和振型都有很大的影响;斜交桥和正交桥的振动形式明显不同,斜交桥会产生显著的平扭耦合现象;由于板式橡胶支座的柔性,墩高和跨径主要影响桥梁自振频率的大小,但对桥梁的振型模态影响相对较小。
(2)采用非线性分析模型,按照双向地震动输入模式,探讨了地震动输入方向、支座摩擦系数、限位挡块强度和地震动强度对多跨简支斜交桥地震位移响应的影响规律。从伸缩缝处的不均匀碰撞、支座滑移和挡块性能退化三个方面揭示了多跨简支斜交桥典型地震位移响应机理。结果表明:纵桥向位移响应对地震动输入方向的变化比横桥向更敏感;支座摩擦系数对主梁位移的影响总体较小,且在纵、横桥向上表现出不同的影响规律;提高挡块强度能够有效限制主梁的横向位移;随着地震动强度的增大,主梁位移响应的发展规律基本能够较为完整地反映出结构从弹性状态发展至极限倒塌状态的全过程;偏心碰撞、支座滑移和挡块性能退化是引起主梁位移震害的主要原因。
(3)对比分析了各国抗震规范对墩-梁搭接宽度的不同规定,然后以跨径、墩高和斜交角为试验因素,基于二次正交组合试验开展试验方案设计,建立了上述参数与最小墩-梁搭接宽度的回归方程,并展开各试验因素的作用效应分析,最后采用蒙特卡洛模拟法对所提公式进行了优化。结果表明:跨径、墩高、斜交角对桥梁最小墩-梁搭接宽度的影响不具有明显的交互作用;最小墩-梁搭接宽度受跨径、墩高和斜交角的影响程度和表现出的规律特点不同。本文所提出的经优化后的最小墩-梁搭接宽度计算表达式对于正交桥和多跨简支斜交桥具有较好的适用性。
(1)选取某5×20m多跨简支斜交T梁桥为基准桥例,考虑板式橡胶支座滑移、桥墩塑性铰、邻梁在伸缩缝处的碰撞、以及钢筋混凝土挡块性能退化等非线性因素,基于SAP2000平台,研究并建立了桥例的非线性有限元分析模型及其对应的线弹性分析模型。采用线弹性分析模型对多跨简支斜交桥的动力特性进行参数分析,重点分析了斜交角、墩高和跨径等参数对多跨简支斜交桥动力特性的影响规律。研究表明:斜交角、墩高和跨径对桥梁的自振频率和振型都有很大的影响;斜交桥和正交桥的振动形式明显不同,斜交桥会产生显著的平扭耦合现象;由于板式橡胶支座的柔性,墩高和跨径主要影响桥梁自振频率的大小,但对桥梁的振型模态影响相对较小。
(2)采用非线性分析模型,按照双向地震动输入模式,探讨了地震动输入方向、支座摩擦系数、限位挡块强度和地震动强度对多跨简支斜交桥地震位移响应的影响规律。从伸缩缝处的不均匀碰撞、支座滑移和挡块性能退化三个方面揭示了多跨简支斜交桥典型地震位移响应机理。结果表明:纵桥向位移响应对地震动输入方向的变化比横桥向更敏感;支座摩擦系数对主梁位移的影响总体较小,且在纵、横桥向上表现出不同的影响规律;提高挡块强度能够有效限制主梁的横向位移;随着地震动强度的增大,主梁位移响应的发展规律基本能够较为完整地反映出结构从弹性状态发展至极限倒塌状态的全过程;偏心碰撞、支座滑移和挡块性能退化是引起主梁位移震害的主要原因。
(3)对比分析了各国抗震规范对墩-梁搭接宽度的不同规定,然后以跨径、墩高和斜交角为试验因素,基于二次正交组合试验开展试验方案设计,建立了上述参数与最小墩-梁搭接宽度的回归方程,并展开各试验因素的作用效应分析,最后采用蒙特卡洛模拟法对所提公式进行了优化。结果表明:跨径、墩高、斜交角对桥梁最小墩-梁搭接宽度的影响不具有明显的交互作用;最小墩-梁搭接宽度受跨径、墩高和斜交角的影响程度和表现出的规律特点不同。本文所提出的经优化后的最小墩-梁搭接宽度计算表达式对于正交桥和多跨简支斜交桥具有较好的适用性。