多次地震作用下高速鐵路橋墩殘余變形累積效應及影響因素研究.pdf

1、近年來，我國高速鐵路的發(fā)展突飛猛進，高速鐵路建設逐漸向中西部轉(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，進而嚴重影響軌道平順性，最終對高速列車安全運營造成不利影響。本文以高速鐵路常用的簡支梁橋圓端形橋墩為研究對象，基于OpenSees抗震分析平臺，在考慮結(jié)構(gòu)彎曲變形和鋼筋粘結(jié)滑移變形的基礎上，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及影響因素，主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　(1)在分析地震動特征與多次地震作用下結(jié)構(gòu)損傷累積效應的基礎上，對比了國內(nèi)外規(guī)范對震后殘余變形限值的規(guī)定。綜述震后殘余變形計算理論、影響因素、控制措施以及地震序列作用下結(jié)構(gòu)損傷累積效應研究等方面的國內(nèi)外研究成果，指出了現(xiàn)有研究存在的問題，闡明多次地震作用下高速鐵路橋墩殘余變形累積效應研究的必要性。
　　(2)詳細介紹了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)關系與Bond_SP01鋼筋粘結(jié)滑移本構(gòu)關系的曲線特征，明確OpenSees程序中材料本構(gòu)模型的不同選取原則。提出可用于計算橋墩殘余變形及累積損傷效應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、單次地震和多次地震作用下的振動臺試驗，對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、最大位移等試驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果，均吻合較好，充分驗證了基于柔度法纖維單元模型在擬靜力分析及動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)建了可用于計算殘余變形損傷累積的高速鐵路簡支梁橋32m高橋墩非線性纖維模型。
　　(4)考慮

5、真實地震記錄，通過Gutenberg-Richter法則及Joyner-Boore經(jīng)驗公式構(gòu)造主余震地震序列，采用重復單一地震動多次構(gòu)造重復地震序列。通過橋墩非線性纖維模型進行彈塑性時程分析，分別計算得到多次地震序列作用下墩頂位移時程曲線，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，主余地震聯(lián)合作用下結(jié)構(gòu)損傷程度大于主震單獨作用下的結(jié)構(gòu)損傷，余震導致的殘余變形累積效應不可忽略。重復地震序列作用下，橋墩累積殘余變形隨地震次數(shù)增加呈非線性增長趨勢，且隨著地震次數(shù)的增加，橋墩累積殘余變形達到30～60mm這一拐點后，累積速度急劇加快，橋墩隨時發(fā)生破壞，表明震群型地震對結(jié)構(gòu)的破壞作用效應十分明顯。
　　(5)提出殘余變形比達到10‰和17.5‰時的地震動次數(shù)N10和N17.5作為評判殘余變