高墩大跨矮塔斜拉桥地震响应特性研究

来源 :湖南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yigenjin2009
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随着中国西部大开发战略的实施,在西部地区修建了大量的桥梁,但是由于地形、地貌的限制,高墩大跨桥梁数量越来越多。高墩大跨桥梁桥墩刚度较低、墩身质量大,其动力特性和抗震性能都与传统中、低墩桥梁结构有差别,且国内外均缺乏高墩大跨桥梁的抗震设计规范。与此同时,地震波在时间、空间上的运动过程均有着显著的差别,高墩大跨度桥梁一般需要考虑多点激励的影响。且高墩较矮墩来说,其长细比及轴压比均很大,在水平地震作用下可能发生明显变形,导致上部结构传来的竖向力产生较大的P-Δ效应,使结构实际反应与一阶分析结果存在偏差。高墩大跨桥梁结构的抗震性能研究有必要进行进一步深化。因此,本文依托某高墩大跨多塔矮塔斜拉桥实际工程,首先梳理了桥梁结构震害现状和抗震分析方法,然后重点总结了高墩大跨桥梁的发展及抗震性能研究现状,主要内容和结论有:(1)建立了高墩大跨多塔矮塔斜拉桥静、动力模型并对其进行了动力特性分析,在此基础上采用了反应谱及时程分析法研究了该桥在E1地震作用下的地震响应特点。结果表明:桥墩墩底和主梁各墩梁结合处均为控制截面,考虑竖向地震大大增加了主梁地震响应,应特别重视主梁地震响应特点。(2)进一步对高墩大跨桥梁主梁地震响应特点进行了研究,并对活载作用下桥梁内力、应力进行了计算,将活载作用与地震作用下主梁的内力、应力进行对比,以研究地震作用是否会对高墩大跨桥梁主梁设计产生控制作用,同时探讨了下部构件中桥墩刚度的改变对该桥地震反应的影响。结果显示:高墩大跨桥梁主梁的地震内力响应与活载内力响应相当、甚至超出,区别于常规桥梁不考虑地震效应,因此应考虑地震作用对主梁截面的控制作用,同时需选择合适的桥墩刚度,以减少结构地震响应。(3)选取了5条不同特性的地震波,深入讨论了P-Δ效应对不同墩高桥梁的动力特性及地震反应的影响规律,并结合位移谱对P-Δ效应的影响规律展开了研究。结果表明:动力P-Δ效应和结构动力特性及地震波的频谱特性有关,当结构静力稳定系数θ大于0.04且结构基本周期位于地震波位移反应谱剧烈增长区域时,考虑P-Δ效应会导致结构位移及内力的增大,其影响均可能超过了10%,需要考虑其不利影响。(4)对高墩大跨桥梁开展了考虑行波效应的时程分析,探讨了该桥在不同地震波视波速下的变化规律。研究表明:考虑行波效应减小了墩塔的地震响应,可不计行波效应对墩塔的影响,但是会导致主梁跨中竖向位移、轴力及弯矩显著增大,且随着波速的减小影响越大,需要特别注意行波效应对主梁抗震设计的影响。
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