【博士】隔震橋梁結(jié)構(gòu)試驗(yàn)及地震反應(yīng)分析方法研究【2006】

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內(nèi)容簡介

　　學(xué)科專業(yè)：結(jié)構(gòu)工程　　授予學(xué)位：博士 　　學(xué)位授予單位：北京工業(yè)大學(xué)　　學(xué)位年度： 2006年　　橋梁等生命線工程的防災(zāi)是城市防災(zāi)減災(zāi)研究中的重要環(huán)節(jié)，地震中橋梁的破壞將導(dǎo)致交通中斷，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失并且影響震后救災(zāi)工作。因此，對(duì)橋梁采取合理、有效的抗震對(duì)策，保證橋梁在地震中的安全和正常使用，對(duì)城市和地區(qū)的抗震防災(zāi)工作和地震災(zāi)區(qū)的震后恢復(fù)重建工作都具有重要的意義。隔震技術(shù)作為工程結(jié)構(gòu)減震控制的一支重要分支，改變了傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)體系耗能原理，即通過隔震層的耗能裝置、而不是結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件來吸收并消耗地震能量，從而減小結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，確保結(jié)構(gòu)安全。隔震技術(shù)已在國外一些橋梁工程得到應(yīng)用，但在我國，橋梁隔震技術(shù)中還處于試用階段，為在橋梁工程中推廣應(yīng)用隔震技術(shù)，制定類似日本“道路橋梁隔震設(shè)計(jì)規(guī)程”的橋梁減、隔震設(shè)計(jì)規(guī)范，通過對(duì)橋梁隔震技術(shù)研究現(xiàn)狀的分析，本文在眾多學(xué)者和研究人員的基礎(chǔ)上，主要做了以下一些工作：　　對(duì)方形多鉛芯橡膠支座(LRB)的水平性能、豎向性能、水平特征參數(shù)(等效剛度、屈服強(qiáng)度、屈服后剛度、阻尼特性)與水平剪應(yīng)變以及豎向壓應(yīng)力的關(guān)系進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并與理論計(jì)算值進(jìn)行了比較分析。在此基礎(chǔ)上，對(duì)方形四鉛芯橡膠支座在0度、22．5度、45度方向上豎向性能水平應(yīng)變相關(guān)性以及水平性能的壓應(yīng)力相關(guān)性進(jìn)行試驗(yàn)研究。試驗(yàn)表明方形四鉛芯橡膠支座在非正交方向的各種力學(xué)性能及各種相關(guān)性能較為穩(wěn)定，在雙向水平荷載同時(shí)作用下，性能良好?！　?duì)連續(xù)橋梁隔震結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究。在不同地震烈度地震作用下，對(duì)隔震連續(xù)橋梁模型的橋面、剛性橋臺(tái)和柔性橋墩墩帽處的加速度反應(yīng)、位移反應(yīng)、隔震支座的水平力位移關(guān)系和支座的豎向變形等進(jìn)行了試驗(yàn)分析，結(jié)果表明：鉛芯橡膠隔震支座設(shè)計(jì)合理，既可保證小震時(shí)橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及大震時(shí)取得良好的隔震效果。文中還對(duì)多向地震動(dòng)作用下橋梁隔震結(jié)構(gòu)的反應(yīng)及各種影響的相關(guān)性進(jìn)行了分析，研究表明：橋面加速度反應(yīng)在地震動(dòng)水平單向輸入和雙向輸入時(shí)相差不大，但有豎向地震輸入時(shí)，加速度有明顯增加；水平雙向輸入時(shí)橋面位移較單向輸入時(shí)有所增加，但有豎向地震輸入時(shí)，橋面位移隨輸入地震波的不同而呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律：此外還對(duì)隔震支座在兩正交方向上的水平力位移變化關(guān)系以及支座豎向力的變化特性進(jìn)行了研究?！　≡诟粽鹬ё鶈蜗蚧謴?fù)力模型基礎(chǔ)上，提出了雙向耦合彈塑性模型，并對(duì)雙向耦合和非耦合模型進(jìn)行了比較分析。文中還在總結(jié)隔震橋梁單向地震輸入時(shí)的單質(zhì)點(diǎn)模型、雙質(zhì)點(diǎn)模型及其相關(guān)參數(shù)基礎(chǔ)上，提出了雙向地震激勵(lì)下的多質(zhì)點(diǎn)模型，并結(jié)合所提出的隔震支座雙向耦合相互作用，給出了一種分析LRB多跨連續(xù)橋面隔震橋梁地震反應(yīng)的方法。在此基礎(chǔ)上，對(duì)隔震連續(xù)橋梁模型進(jìn)行了理論計(jì)算并和試驗(yàn)實(shí)測值進(jìn)行了比較分析。結(jié)果顯示：隔震支座恢復(fù)力的雙向耦合作用對(duì)隔震橋梁的反應(yīng)有重要影響，如果忽略支座的雙向耦合作用，支座位移反應(yīng)就會(huì)被顯著低估，而隔震支座位移設(shè)計(jì)對(duì)隔震橋梁設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的?！　≡陔p向地震作用下，考慮隔震支座雙向耦合作用，分析了隔震橋梁特性：對(duì)幾種常見的實(shí)際隔震橋型的支座強(qiáng)度、支座屈服前后的剛度比、橋墩柔度以及橋梁剛度和支座強(qiáng)度分布等參數(shù)對(duì)隔震橋梁地震反應(yīng)的影響進(jìn)行了分析研究，得出了若干對(duì)于橋梁隔震結(jié)構(gòu)實(shí)際工程有價(jià)值的結(jié)論。　　考慮土-結(jié)構(gòu)的相互作用，簡支隔震梁橋結(jié)構(gòu)可用單墩隔震體系的四自由度模型來計(jì)算。進(jìn)一步將單墩隔震體系簡化為等價(jià)的兩自由度模型，并對(duì)等價(jià)兩自由度模型體系的模態(tài)特性、圓頻率以及相關(guān)的重要影響參數(shù)進(jìn)行了分析。采用集中參數(shù)法，研究了在雙向地震激勵(lì)時(shí)，考慮SSI在內(nèi)的一種時(shí)域計(jì)算分析隔震橋梁地震反應(yīng)的方法，并分析了不同性質(zhì)的土層以及隔震體系周期等參數(shù)變化時(shí)，SSI對(duì)隔震橋梁地震反應(yīng)的影響?！　?

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