柱板式空心高墩抗震鲁棒性研究

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结构鲁棒性是指结构在意外荷载作用下承受局部损伤并抵抗不相称破坏的能力,结构抗震鲁棒性则是将上述的意外荷载具化为地震荷载的研究。近些年来发生的震害给人们造成不可挽回的损失,广大学者关于抗震鲁棒性的研究大多针对建筑结构,对桥梁结构的抗震鲁棒性研究相对较少,并不成熟。此外,现行的抗震设计规范只针对于完整结构的抗震性能研究,对于结构发生局部损伤后抵抗连续倒塌的能力研究较少。桥梁结构作为生命线工程,其抗连续倒塌的能力决定着震后救援工作能否迅速实施。本文以甘肃省自然科学基金资助项目“功能可恢复型钢筋混凝土柱波纹钢板组合空心高墩抗震性能研究”(20JR10RA237)为依托,针对黄-韩-侯铁路纵目沟特大桥的新型柱板式空心高墩(5#墩),以其抗震性能、地震易损性和抗震鲁棒性为主线,研究其在地震荷载作用下抗连续倒塌能力,以期为该类桥墩的后续应用提供借鉴意义,主要工作包括以下几个方面:(1)通过查阅参考大量文献资料,详细介绍了近年来发生的震害以及新型高墩的破坏形式,阐述了国内外学者关于高墩桥梁的抗震研究现状,对结构鲁棒性及抗震鲁棒性的发展和研究进行了总结,为后续桥梁抗震鲁棒性的研究提供了借鉴。(2)以纵目沟特大桥作为实际工程研究背景,运用MIDAS/Civil有限元软件建立全桥空间弹塑性有限元模型。将5#墩的柱和板分开模拟,定义钢筋混凝土的本构关系考虑柱的非线性,板采用多垂直杆单元模型进行模拟,同时采用集中弹簧模拟桩土相互作用,并对全桥进行自振特性分析。(3)通过结构地震响应分析确定桥墩的易损位置和损伤指标。以曲率延性比作为墩柱的损伤指标,以层间位移角作为板的损伤指标,对5#墩的墩柱截面进行弯矩-曲率分析,对关键位置的损伤指标进行量化。(4)根据场地类型和设防烈度,并结合《黄-韩-侯铁路陕西段安评报告》,从PEER数据库选取15条实际地震记录,运用IDA分析方法计算了该桥在横、顺桥向的地震响应。基于可靠度理论得到地震激励下5#桥墩横、顺桥向的地震易损性曲线,并研究了该桥墩各层墩柱和柱间板的损伤顺序,综合评估了该铁路新型空心高墩的抗震性能。(5)基于地震易损性分析完全破坏状态的易损性曲线,计算5#墩各关键位置的抗震鲁棒性的易损性系数及其失效后对剩余结构抗震性能影响的重要性系数。通过上述两种系数得到结构的抗震鲁棒性系数,并以该系数对5#墩的抗震鲁棒性进行研究。
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