矮塔斜拉桥摩擦摆式支座减隔震效果的研究

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地震是一种突发性和毁灭性的自然灾害现象,其造成的经济损失非常严重。减隔震支座是目前应用比较成熟的抗震形式,摩擦摆减隔震支座是一种性能优良的摩擦耗能隔震支座,近年来,摩擦摆支座受到国内外众多学者的广泛关注,摩擦摆式减隔震支座的原理是通过隔震耗能装置将桥梁上部分结构与下部分结构分离,延长结构的自振周期和摩擦耗能机理,来降低和耗散传递到桥梁上部结构的能力,从而减小桥梁的地震灾害。同时,摩擦摆支座采用一定的圆弧曲面结构,因此,摩擦摆式支座具备自复位的能力。本文以在建靖远金滩黄河大桥(100+168+100)m工程为依托,利用Midas Civil分析软件采用理论研究与数值模拟相结合的方法对矮塔斜拉桥采用摩擦摆式支座的具体减震情况进行分析,利用非线性动态时程分析方法研究了支座不同布置时具体的减震率,找出活动支座与固定支座对桥墩在弹性范围内时的减隔震情况,并改变了支座主要参数来研究不同参数对矮塔斜拉桥减震的影响,论文主要研究内容如下:(1)查阅相关文献,论述了常见桥梁减隔震支座,并介绍了摩擦摆固定支座与摩擦摆活动支座的构成,以在建靖远金滩黄河大桥(100+168+100)m为依托,详述了工程背景,根据工程场地背景以及地震安全评估报告选取了三条地震波,分别是El Centro波,Taft波,San Fernando波,并确定了桥梁地震反应的分析方法,基于摩擦摆式支座的非规则连续桥梁,采用时程分析的方法;(2)建立了有限元模型,利用“m”法模拟桩基础,并介绍了支座的布置。根据结构自振频率分析了摩擦摆减隔震支座结构能够有效的延长结构的基本周期,并且与非减隔震结构相对比,其墩身内力有所减小。对于地震作用下的响应情况,选取了三个评判指标:墩底最大弯矩、墩底最大剪力以及墩顶位移。就活动支座桥墩而言,其纵桥向的减震率明显优于横桥向,进一步汇总所有墩柱内力及墩顶位移,研究发现其顺桥向减震率平均在80%左右,而横桥向其墩身内力减震率在36%左右,但横桥向位移相比非减隔震结构要大一些,因此,顺桥向的减隔震情况要明显优于横桥向;(3)本文研究了摩擦摆式支座的两种影响因素:摩擦系数与支座曲率半径对矮塔斜拉桥梁结构的地震反应,摩擦系数取0.07,0.06,0.05,0.04,0.03,主桥墩支座曲率半径为7m,7.5m,8m,8.5m,9m,9.5m,10m,10.5m,11m,相应的次主墩的支座曲率半径为3m,3.5 m,4m,4.5m,5m,5.5m,6m,6.5m,7m;同摩擦摆支座的理论滞回曲线相结合,结果表明不同摩擦系数对桥梁减震效果比较明显,对于不同支座曲率半径,减震效果不是很敏感,并且摩擦系数在[0.03,0.05]之间时,隔震率随着摩擦系数的增大而增大,摩擦系数在[0.05,0.07]之间时,隔震率随着摩擦系数的增大而减小。(4)利用多目标优化的方法对摩擦摆支座的摩擦系数以及支座曲率半径进行参数优化并进行总结,结果表明在不同地震作用下动力响应的幅值对摩擦摆支座曲率半径以及摩擦系数的变化趋势不相同,无法使得主桥墩墩底弯矩、墩底剪力以及墩顶位移同时达到最小。
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