多點激勵下大跨度鋼筋混凝土橋梁地震響應(yīng)振動臺陣試驗研究.pdf

1、橋梁是交通生命線系統(tǒng)的重要樞紐工程,其抗震安全問題一直是學(xué)術(shù)界和工程界的關(guān)注焦點。對于地質(zhì)條件復(fù)雜、空間跨度大的長大橋梁,地震動行波效應(yīng)和土—結(jié)構(gòu)相互作用(SSI)效應(yīng)是其地震響應(yīng)分析中兩個關(guān)鍵問題。然而,目前對于多點激勵下考慮SSI效應(yīng)的大跨度橋梁地震響應(yīng)特性問題,尚缺乏深入的理論分析和系統(tǒng)的試驗研究。本文以大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋、連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構(gòu)—簡支梁組合橋為研究對象,通過模擬地震振動臺陣試驗,系統(tǒng)地研究了多點激勵下大跨度橋梁的地震響

2、應(yīng)特征,揭示了行波效應(yīng)和SSI效應(yīng)對大跨度橋梁地震響應(yīng)的影響規(guī)律,為建立大跨度橋梁抗震設(shè)計理論與方法提供了重要的試驗依據(jù)。本文的主要研究工作和創(chuàng)新性成果包括如下幾個方面:
　　(1)考慮行波效應(yīng)和SSI效應(yīng)的大跨度鋼筋混凝土剛構(gòu)—連續(xù)梁組合橋非線性地震響應(yīng)數(shù)值模擬分析。選取El-Centro地震波、唐山地震北京波,分析了某六跨鋼筋混凝土剛構(gòu)—連續(xù)梁組合橋在一致激勵和行波激勵下的非線性地震響應(yīng),研究了行波效應(yīng)和SSI效應(yīng)對該剛構(gòu)—連

3、續(xù)梁組合橋地震響應(yīng)的影響規(guī)律。結(jié)果表明,行波效應(yīng)增大了箱梁的受力,箱梁應(yīng)力峰值隨視波速增大單調(diào)遞減;行波效應(yīng)使墩梁固結(jié)橋墩的受力和變形呈非單調(diào)變化規(guī)律,地震響應(yīng)峰值隨視波速增大而先減小后增加;SSI效應(yīng)增大了橋梁結(jié)構(gòu)地震響應(yīng),其峰值隨剪切波速增大單調(diào)遞減;同時考慮行波效應(yīng)和SSI效應(yīng),地震響應(yīng)峰值隨視波速變化曲線的拐點位置和切線斜率均發(fā)生改變,其地震響應(yīng)幅值不是兩種效應(yīng)影響下的簡單疊加;行波效應(yīng)和SSI效應(yīng)對橋梁地震響應(yīng)的影響程度隨地震

4、波和墩梁約束條件的不同而有所差異。
　　(2)考慮行波效應(yīng)和局部場地效應(yīng)的大比例連續(xù)剛構(gòu)橋模型振動臺陣試驗研究。選取El-Centro地震波、唐山地震北京波、汶川地震波,對一1:10比例的三跨連續(xù)剛構(gòu)橋模型進行了振動臺陣試驗,系統(tǒng)分析了一致激勵、行波效應(yīng)和局部場地效應(yīng)對該連續(xù)剛構(gòu)橋地震響應(yīng)的影響規(guī)律。結(jié)果表明,行波效應(yīng)增大了橋梁結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng),但其峰值隨視波速的增加而單調(diào)遞減;局部場地效應(yīng)增大了橋墩變形和墩底受力,但降低了墩梁固結(jié)

5、節(jié)點受力;同時考慮行波效應(yīng)和局部場地效應(yīng)時,橋墩的地震響應(yīng)比一致激勵以及單獨考慮行波效應(yīng)和局部場地效應(yīng)時有所增大;各個橋墩因其約束形式、承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)荷載等因素的差異而對行波效應(yīng)、局部場地效應(yīng)的敏感程度不同;剛構(gòu)橋?qū)Φ卣饎宇l譜特性十分敏感,不同的地震波作用下,地震響應(yīng)峰值及增幅均有明顯差異。
　　(3)考慮行波效應(yīng)和SSI效應(yīng)的大比例連續(xù)剛構(gòu)橋模型振動臺陣試驗研究。擬合三條人工地震波,對上述三跨連續(xù)剛構(gòu)橋模型進行了考慮SSI效應(yīng)的振

6、動臺陣試驗,系統(tǒng)分析了行波效應(yīng)和SSI效應(yīng)對該連續(xù)剛構(gòu)橋模型地震響應(yīng)的影響規(guī)律。結(jié)果表明,地震動頻譜特性對考慮SSI效應(yīng)的橋梁結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)有一定影響,同時考慮SSI效應(yīng)使橋梁結(jié)構(gòu)墩底的輸入地震動峰值和頻譜分布發(fā)生較大變化;橋墩與上部結(jié)構(gòu)連接形式是影響SSI效應(yīng)界面力的重要因素,而剪切波速和土層厚度則是影響SSI效應(yīng)的重要因素;考慮行波效應(yīng)和SSI效應(yīng)均增大了橋墩變形、墩底受力和墩梁固結(jié)節(jié)點受力;同時考慮行波效應(yīng)和SSI效應(yīng),由于輸入地震

7、動存在相位差,連續(xù)剛構(gòu)橋的地震響應(yīng)不是單獨考慮行波效應(yīng)或SSI效應(yīng)的地震響應(yīng)的簡單疊加,且輸入和響應(yīng)的雙重相位差使得同時考慮兩種效應(yīng)的地震響應(yīng)分析更為復(fù)雜;驗證了實時耦聯(lián)動力子結(jié)構(gòu)試驗技術(shù)的可行性和有效性。
　　(4)考慮SSI效應(yīng)的大比例連續(xù)梁橋模型振動臺陣試驗研究。選取El-Centro地震波、集集(CHI-CHI)地震波和人工地震波,對一1:10比例的四跨高架連續(xù)梁橋模型進行了考慮SSI效應(yīng)的振動臺陣試驗,系統(tǒng)地分析了SSI

8、效應(yīng)對連續(xù)梁橋地震響應(yīng)的影響規(guī)律。結(jié)果表明,SSI效應(yīng)增大了橋墩變形、墩底受力及墩頂水平加速度,地震響應(yīng)峰值隨剪切波速的減小而單調(diào)遞增,說明剪切波速是影響SSI效應(yīng)的重要因素;橋梁結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)、位移響應(yīng)和應(yīng)變響應(yīng)對SSI效應(yīng)的敏感程度有所差異,其中加速度響應(yīng)對SSI效應(yīng)最敏感,考慮SSI效應(yīng)后增幅最大,且SSI效應(yīng)將引起支座位移的劇烈變化;進一步驗證了實時耦聯(lián)動力子結(jié)構(gòu)試驗技術(shù)的可行性和有效性。
　　(5)大跨度鋼筋混凝土連續(xù)

9、剛構(gòu)—簡支梁組合橋模型振動臺陣試驗研究。選取El-Centro地震波、唐山地震北京波和汶川地震波,對由前述三跨連續(xù)剛構(gòu)橋模型與一跨簡支梁橋模型組成的連續(xù)剛構(gòu)—簡支梁組合橋模型進行了振動臺陣試驗,系統(tǒng)地分析了橋梁碰撞對該組合橋各部位地震響應(yīng)的影響規(guī)律,并為橋梁碰撞行為和減隔震裝置的精細(xì)化模擬提供了試驗依據(jù)。結(jié)果表明,行波效應(yīng)和橋梁結(jié)構(gòu)鄰梁剛度、質(zhì)量差異均為橋梁鄰梁碰撞的誘因;考慮行波效應(yīng)后,鉛芯橡膠支座對鄰梁碰撞相對位移和碰撞力的控制能力