【博士】隔震桥梁结构试验及地震反应分析方法研究【2006】

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内容简介

　　学科专业：结构工程　　授予学位：博士 　　学位授予单位：北京工业大学　　学位年度： 2006年　　桥梁等生命线工程的防灾是城市防灾减灾研究中的重要环节，地震中桥梁的破坏将导致交通中断，造成严重的经济损失并且影响震后救灾工作。因此，对桥梁采取合理、有效的抗震对策，保证桥梁在地震中的安全和正常使用，对城市和地区的抗震防灾工作和地震灾区的震后恢复重建工作都具有重要的意义。隔震技术作为工程结构减震控制的一支重要分支，改变了传统抗震结构体系耗能原理，即通过隔震层的耗能装置、而不是结构和结构构件来吸收并消耗地震能量，从而减小结构的地震反应，确保结构安全。隔震技术已在国外一些桥梁工程得到应用，但在我国，桥梁隔震技术中还处于试用阶段，为在桥梁工程中推广应用隔震技术，制定类似日本“道路桥梁隔震设计规程”的桥梁减、隔震设计规范，通过对桥梁隔震技术研究现状的分析，本文在众多学者和研究人员的基础上，主要做了以下一些工作：　　对方形多铅芯橡胶支座(LRB)的水平性能、竖向性能、水平特征参数(等效刚度、屈服强度、屈服后刚度、阻尼特性)与水平剪应变以及竖向压应力的关系进行了试验研究，并与理论计算值进行了比较分析。在此基础上，对方形四铅芯橡胶支座在0度、22．5度、45度方向上竖向性能水平应变相关性以及水平性能的压应力相关性进行试验研究。试验表明方形四铅芯橡胶支座在非正交方向的各种力学性能及各种相关性能较为稳定，在双向水平荷载同时作用下，性能良好。　　对连续桥梁隔震结构模型进行了地震模拟振动台试验研究。在不同地震烈度地震作用下，对隔震连续桥梁模型的桥面、刚性桥台和柔性桥墩墩帽处的加速度反应、位移反应、隔震支座的水平力位移关系和支座的竖向变形等进行了试验分析，结果表明：铅芯橡胶隔震支座设计合理，既可保证小震时桥梁结构的稳定性及大震时取得良好的隔震效果。文中还对多向地震动作用下桥梁隔震结构的反应及各种影响的相关性进行了分析，研究表明：桥面加速度反应在地震动水平单向输入和双向输入时相差不大，但有竖向地震输入时，加速度有明显增加；水平双向输入时桥面位移较单向输入时有所增加，但有竖向地震输入时，桥面位移随输入地震波的不同而呈现不同的变化规律：此外还对隔震支座在两正交方向上的水平力位移变化关系以及支座竖向力的变化特性进行了研究。　　在隔震支座单向恢复力模型基础上，提出了双向耦合弹塑性模型，并对双向耦合和非耦合模型进行了比较分析。文中还在总结隔震桥梁单向地震输入时的单质点模型、双质点模型及其相关参数基础上，提出了双向地震激励下的多质点模型，并结合所提出的隔震支座双向耦合相互作用，给出了一种分析LRB多跨连续桥面隔震桥梁地震反应的方法。在此基础上，对隔震连续桥梁模型进行了理论计算并和试验实测值进行了比较分析。结果显示：隔震支座恢复力的双向耦合作用对隔震桥梁的反应有重要影响，如果忽略支座的双向耦合作用，支座位移反应就会被显著低估，而隔震支座位移设计对隔震桥梁设计是至关重要的。　　在双向地震作用下，考虑隔震支座双向耦合作用，分析了隔震桥梁特性：对几种常见的实际隔震桥型的支座强度、支座屈服前后的刚度比、桥墩柔度以及桥梁刚度和支座强度分布等参数对隔震桥梁地震反应的影响进行了分析研究，得出了若干对于桥梁隔震结构实际工程有价值的结论。　　考虑土-结构的相互作用，简支隔震梁桥结构可用单墩隔震体系的四自由度模型来计算。进一步将单墩隔震体系简化为等价的两自由度模型，并对等价两自由度模型体系的模态特性、圆频率以及相关的重要影响参数进行了分析。采用集中参数法，研究了在双向地震激励时，考虑SSI在内的一种时域计算分析隔震桥梁地震反应的方法，并分析了不同性质的土层以及隔震体系周期等参数变化时，SSI对隔震桥梁地震反应的影响。　　

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