多次地震作用下高速鐵路橋墩殘余變形累積效應(yīng)及影響因素研究.pdf

1、近年來(lái)，我國(guó)高速鐵路的發(fā)展突飛猛進(jìn)，高速鐵路建設(shè)逐漸向中西部轉(zhuǎn)移，處在地震活躍帶的高速鐵路橋梁越來(lái)越多。在多次地震作用下，橋梁結(jié)構(gòu)將不可避免地產(chǎn)生持續(xù)發(fā)展的累積殘余變形，進(jìn)而嚴(yán)重影響軌道平順性，最終對(duì)高速列車(chē)安全運(yùn)營(yíng)造成不利影響。本文以高速鐵路常用的簡(jiǎn)支梁橋圓端形橋墩為研究對(duì)象，基于OpenSees抗震分析平臺(tái)，在考慮結(jié)構(gòu)彎曲變形和鋼筋粘結(jié)滑移變形的基礎(chǔ)上，建立基于柔度法的橋墩纖維單元非線性數(shù)值分析模型。針對(duì)不同地震序列作用，深入研究多

2、次地震作用下橋墩殘余變形累積效應(yīng)及影響因素，主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:
　　(1)在分析地震動(dòng)特征與多次地震作用下結(jié)構(gòu)損傷累積效應(yīng)的基礎(chǔ)上，對(duì)比了國(guó)內(nèi)外規(guī)范對(duì)震后殘余變形限值的規(guī)定。綜述震后殘余變形計(jì)算理論、影響因素、控制措施以及地震序列作用下結(jié)構(gòu)損傷累積效應(yīng)研究等方面的國(guó)內(nèi)外研究成果，指出了現(xiàn)有研究存在的問(wèn)題，闡明多次地震作用下高速鐵路橋墩殘余變形累積效應(yīng)研究的必要性。
　　(2)詳細(xì)介紹了OpenSees程序的總體框架和主

3、要功能，分析基于剛度法的梁柱單元、基于柔度法的梁柱單元以及基于柔度法的塑性鉸梁柱單元的計(jì)算原理和適用條件。掌握Concete01、Concrete04和Concrete01 WithSITC三種不同混凝土本構(gòu)模型的特性，提取Steel02鋼筋本構(gòu)關(guān)系與Bond_SP01鋼筋粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系的曲線特征，明確OpenSees程序中材料本構(gòu)模型的不同選取原則。提出可用于計(jì)算橋墩殘余變形及累積損傷效應(yīng)的基于柔度法纖維單元的非線性數(shù)值分析模型。<

4、br>　　(3)采用該非線性數(shù)值分析模型，基于擬靜力試驗(yàn)、單次地震和多次地震作用下的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，對(duì)比分析墩柱頂部荷載-位移滯回曲線、骨架曲線、等效剛度、殘余變形、最大位移等試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果，均吻合較好，充分驗(yàn)證了基于柔度法纖維單元模型在擬靜力分析及動(dòng)力分析中的有效性和可靠性。選擇Concrete04和Steel02材料本構(gòu)模型，具體構(gòu)建了可用于計(jì)算殘余變形損傷累積的高速鐵路簡(jiǎn)支梁橋32m高橋墩非線性纖維模型。
　　(4)考慮

5、真實(shí)地震記錄，通過(guò)Gutenberg-Richter法則及Joyner-Boore經(jīng)驗(yàn)公式構(gòu)造主余震地震序列，采用重復(fù)單一地震動(dòng)多次構(gòu)造重復(fù)地震序列。通過(guò)橋墩非線性纖維模型進(jìn)行彈塑性時(shí)程分析，分別計(jì)算得到多次地震序列作用下墩頂位移時(shí)程曲線，提取地震序列中單次地震結(jié)束后的殘余變形，繪制橋墩累積殘余變形曲線圖。對(duì)比分析按主余震地震序列單次震后殘余變形數(shù)值求和值與纖維模型計(jì)算所得累積殘余變形值，結(jié)果表明:主余震地震序列作用下橋墩累積殘余變形隨

6、地震次數(shù)增加基本呈增大趨勢(shì)，主余地震聯(lián)合作用下結(jié)構(gòu)損傷程度大于主震單獨(dú)作用下的結(jié)構(gòu)損傷，余震導(dǎo)致的殘余變形累積效應(yīng)不可忽略。重復(fù)地震序列作用下，橋墩累積殘余變形隨地震次數(shù)增加呈非線性增長(zhǎng)趨勢(shì)，且隨著地震次數(shù)的增加，橋墩累積殘余變形達(dá)到30～60mm這一拐點(diǎn)后，累積速度急劇加快，橋墩隨時(shí)發(fā)生破壞，表明震群型地震對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞作用效應(yīng)十分明顯。
　　(5)提出殘余變形比達(dá)到10‰和17.5‰時(shí)的地震動(dòng)次數(shù)N10和N17.5作為評(píng)判殘余變