不同高墩结构形式连续梁桥的抗震性能研究

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随着我国桥梁技术的迅速发展,高墩结构形式不断多样化,目前常采用的型式主要有柱式墩、实体式桥墩和空心薄壁墩。双柱式墩以其施工便利性、经济性等优点,在桥墩高度小于40m的高速公路桥梁中应用更为广泛。但是墩高达到35m以上的双柱式高墩连续梁桥因其上部结构质量较大,整个桥梁结构具有“头重脚轻”的特点,易导致在地震荷载下桥梁动力响应较大,这为双柱式高墩连续桥梁的抗震设计提出了更高的要求。为了探索不同高墩结构形式对连续梁桥的抗震性能,故本文以石坪二桥为工程背景,在论述了抗震方法理论的基础上,分析了三种不同墩型桥梁的动力特性,采用反应谱法、一致激励分析和功率谱分析法三种抗震分析方法对桥梁结构进行了抗震性能分析,得出高墩连续梁桥在抗震设计中合理桥墩结构的选择。本文主要研究内容如下:1.依据结构动力学基本原理,利用Ansys有限元软件以“石坪高架二桥”为工程实例建立了三种不同墩型的桥梁有限元模型,并分析了三者的动力特性。研究表明:双柱式墩桥梁的自振周期大于实心矩形薄壁墩桥梁和空心矩形薄壁墩桥梁。2.对三种桥梁结构进行抗震性能分析,得到了各个桥墩墩顶处的位移和墩底处内力,结果表明:比较于另外两种墩型,双柱式墩能够减小桥梁结构在地震作用下的内力响应,且符合位移验算,具有较好的抗震性能。3.介绍了场地模型粘弹性人工边界的基本理论、地震波的输入方法,并根据相关理论知识确定了二维场地模型的范围以及单元尺寸的大小。探讨了Taft波垂直入射二维场地模型后受地形效应影响的传播规律,发现凹地地形对地震动有着放大的效应,从坡底到两侧的坡顶,其地震动反应也逐渐变大;坡度较缓的坡面,其地震响应增大趋势也较平缓。4.研究地形效应对不同高墩结构形式高墩连续梁桥地震响应的影响,结果表明:考虑地形效应影响时得到的各桥墩地震响应结果较大于一致激励分析。另外,空心矩形薄壁墩地震响应增幅值较小于实心矩形薄壁墩;而双柱式墩的墩顶位移峰值与墩底内力峰值增幅最大,通过合理设计其横系梁的位置和数量,仍然满足位移验算。因此,在墩高为40m左右的高墩桥梁抗震方案设计中,可以采用双柱式墩。综合所述,本文通过对不同高墩结构连续梁桥的抗震性能研究,得到了高墩连续梁桥桥墩墩高的适用范围和墩型的合理选择,并分析了凹地地形下的高墩桥梁地震响应特点。希望本文的研究结果可以为高墩连续梁桥抗震性能分析及桥墩结构抗震方案设计提供参考依据。
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