非規(guī)則高墩曲線橋梁抗震性能及地震災(zāi)變機(jī)理研究.pdf

1、隨著我國(guó)西部大開(kāi)發(fā)計(jì)劃的順利實(shí)施，在我國(guó)西南山區(qū)建設(shè)了大量非規(guī)則高墩曲線橋梁。該類橋梁結(jié)構(gòu)以其平面和立面的嚴(yán)重非規(guī)則性，使得結(jié)構(gòu)內(nèi)力耦合復(fù)雜，荷載傳遞路徑不明確，導(dǎo)致地震災(zāi)害嚴(yán)重。對(duì)于非規(guī)則高墩曲線橋梁，結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)影響機(jī)理復(fù)雜，關(guān)鍵構(gòu)件損傷演化規(guī)律不明顯，使得其地震災(zāi)變機(jī)理分析復(fù)雜化。鑒于此，本文主要對(duì)非規(guī)則高墩曲線橋梁結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)、高墩靜力及動(dòng)力穩(wěn)定性、高墩地震波豎向時(shí)滯進(jìn)行了探討。為實(shí)現(xiàn)單振動(dòng)臺(tái)的多點(diǎn)激勵(lì)試驗(yàn)，還對(duì)振動(dòng)臺(tái)擴(kuò)展系統(tǒng)

2、進(jìn)行了研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴利用結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)基本原理，為實(shí)現(xiàn)單振動(dòng)臺(tái)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行多點(diǎn)激勵(lì)的試驗(yàn)?zāi)康模岢龅卣鹉M振動(dòng)臺(tái)擴(kuò)展系統(tǒng)概念。根據(jù)擴(kuò)展系統(tǒng)的工作機(jī)理，分別建立單向、多向的振動(dòng)臺(tái)擴(kuò)展系統(tǒng)理論分析模型。利用多點(diǎn)激勵(lì)理論，推導(dǎo)擴(kuò)展系統(tǒng)的動(dòng)力運(yùn)動(dòng)方程，給出擴(kuò)展子臺(tái)動(dòng)力響應(yīng)的解析解。通過(guò)研制單向擴(kuò)展系統(tǒng)，進(jìn)行振動(dòng)臺(tái)單向擴(kuò)展系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，利用算例驗(yàn)證多向擴(kuò)展系統(tǒng)的可行性。⑵根據(jù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力試驗(yàn)的結(jié)構(gòu)-模型相似理論，設(shè)計(jì)并制作縮尺比

3、為1：20的鋼筋混凝土非規(guī)則高墩曲線橋梁，對(duì)其進(jìn)行地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)動(dòng)力試驗(yàn)結(jié)構(gòu)特征點(diǎn)動(dòng)力參數(shù)分析，結(jié)合有限元仿真模擬，研究非規(guī)則高墩曲線橋梁結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)效應(yīng)，研究結(jié)構(gòu)基本動(dòng)力特性的變化規(guī)律，建立該類結(jié)構(gòu)的地震災(zāi)變模式，探討高橋墩的損傷狀態(tài)和裂縫開(kāi)展規(guī)律。⑶利用地震模擬振動(dòng)臺(tái)擴(kuò)展系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)非規(guī)則高墩曲線橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行多點(diǎn)激勵(lì)試驗(yàn)研究。通過(guò)考慮不同場(chǎng)地地震波的局部場(chǎng)地效應(yīng)，結(jié)合地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)測(cè)試數(shù)值結(jié)果，分析研究非規(guī)則高墩曲

4、線橋梁結(jié)構(gòu)在多點(diǎn)地震激勵(lì)荷載模式作用下結(jié)構(gòu)特征點(diǎn)的地震動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律，建立評(píng)判結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)的指標(biāo)體系。⑷依據(jù)摩擦滑移隔震概念，分析摩擦滑移隔震橡膠支座的兩種工作狀態(tài)，建立支座的力-位移曲線關(guān)系，探討其計(jì)算方法和耗能機(jī)理。通過(guò)對(duì)設(shè)置摩擦滑移支座的非規(guī)則曲線橋梁進(jìn)行振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，分析不同場(chǎng)地、不同強(qiáng)度地震波對(duì)不同高度橋墩的隔震效果，研究非規(guī)則高墩曲線橋梁結(jié)構(gòu)的摩擦滑移隔震機(jī)制。⑸根據(jù)平截面假定，通過(guò)考慮高橋墩大位移變形產(chǎn)生的幾何非線性影響，建

5、立了彈性壓彎桿的振動(dòng)控制微分方程，利用變步長(zhǎng)龍格-庫(kù)塔法對(duì)隨機(jī)地震荷載作用下高橋墩動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行解析，結(jié)合 B-R運(yùn)動(dòng)判定準(zhǔn)則，對(duì)高橋墩的動(dòng)力運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行評(píng)定，建立高墩動(dòng)力失穩(wěn)臨界荷載和失穩(wěn)時(shí)刻的計(jì)算方法。⑹通過(guò)分析彈性中心壓桿失穩(wěn)時(shí)桿端的轉(zhuǎn)角比關(guān)系，結(jié)合轉(zhuǎn)角遞歸法，建立正、反對(duì)稱結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)狀態(tài)方程。推導(dǎo)無(wú)側(cè)移、有側(cè)移及雙肢薄壁高墩的轉(zhuǎn)角比遞歸公式，給出無(wú)側(cè)移、有側(cè)移及雙肢高墩橋梁整體穩(wěn)定承載力的計(jì)算公式。⑺根據(jù)經(jīng)典梁理論，結(jié)合典型桿