钢筋混凝土箱型拱桥拱上立柱地震易损性研究

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在地震灾害中,桥梁是交通系统中易发生破坏的结构,同时,又是交通系统中重要的组成部分。桥梁结构的破坏程度与交通系统剩余功能状态的评估以及预测整个交通系统的损失有直接关系,而且交通系统某一部分的破坏直接影响着地震灾害的救援工作,因此,研究桥梁地震易损性,了解桥梁结构的破坏特性,从结构易损性的角度来有针对性地考虑结构的抗震设计就显得非常的有必要。目前,以理论易损性曲线来表示结构的地震易损性是最常使用,因为其不仅可以表示不同地震条件下桥梁结构的结构响应超过其承载力的概率,而且地震易损性分析的结果比较直观。大跨度上承式钢筋混凝土拱桥由于其结构优势已在山区广泛修建使用。本文对这种桥梁的易损构件拱上立柱的地震易损性开展深入研究,以便针对可能发生的震害进行抗震设防、养护加固。基于工程实例,以跨度为180m的钢筋混凝土箱型拱桥为研究对象。考虑到目前对其拱上立柱的地震易损性的研究工作很少,本文主要研究拱上立柱的地震易损性。要完成的主要工作如下:(1)总结了桥梁结构地震易损性研究的选题背景和意义,以及国内外对该领域的研究过程和发展现状,并进行了桥梁地震易损性分析的理论和方法的归纳。(2)介绍了桥梁结构地震易损性曲线的建立流程;探讨了地震波和损伤指标的选取。最终根据桥梁结构设计反应谱从实际地震记录中选取一些满足规范要求的地震记录,并且确定位移延性比(μ)作为损伤指标。(3)以某公路上承式钢筋混凝土箱型拱桥为研宄对象,进行拱上立柱截面的弯矩—曲率(Moment-Curvature)分析,分析结果直接反映了拱上立柱关键截面的延性。根据拱上立柱控制截面的曲率延性数据,计算了其结构损伤指标。(4)建立上承式钢筋混凝土箱型拱桥的MIDAS/Civil有限元模型,并进行动力特性分析;地震动强度指标选择地面峰值加速度(PGA),输入合适地震波,对桥梁有限元模型进行了横、纵、竖三向的非线性动力时程分析,并对位移延性比(μ)和地面峰值加速度(PGA)的对数进行线性回归。(5)基于直接回归概率需求模型的线性拟合方法和数值模拟方法,建立了拱上立柱的理论易损性曲线,分析对比了其纵桥向和横桥向的地震易损性。并且分析了不同拱上立柱在地震作用下的剪力和弯矩变化,以及拱柱的破坏特性。并探讨了不同拱上立柱理论易损性曲线的差异,分析了产生差异的原因。
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