高墩大跨混凝土刚构桥抗震性能研究

论文摘要

大跨混凝土刚构桥具有轻巧美观、跨越能力强、施工方便等诸多优点,近年来在国内外广泛应用。但由于动力分析困难且缺少现场震害经验,使得工程人员对该类型桥梁的抗震能力了解不足。本文以云南牛栏江大桥为例,通过拟动力试验、原桥现场模态测试及数值模拟等综合手段,对该类型桥梁的抗震性能、极限抗震能力进行了研究。具体工作如下：第一对汶川地震震区内的多座桥梁进行现场科学考察。结果展示：在桥梁各构件中,在地震动作用下最容易破坏的是支座系统,其次是墩台和基础,最不易破坏的是上部结构。造型新颖结构形状复杂的桥梁抗震能力较差；第二,为获得该桥的基本模态参数,对牛栏江大桥使用脉动方法进行了的现场模态测试。经分析该桥横桥向振动的一阶频率为体系的基频,因此选定该方向作为拟动力实验的加载方向。测试结果中横向一阶频率与二阶频率比接近弹性匀直杆的前两阶频率比,所以该型桥梁的横向频率可以按照弹性匀直杆进行近似计算;第三,使用有限元软件对牛栏江大桥进行了模态分析,结果表明在不考虑土结相互作用的情况下对该类型桥梁进行模态分析能比较好的获得结构的大部分模态参数;第四,针对拟动力试验只能应用于集中质量体系这一问题,以实测结果为基础,对该桥进行了集中质量简化。依据振型分解法计算了第一、二阶振型对墩顶位移、墩底弯矩和剪力的贡献。得出如下结论：高阶振型对墩顶位移贡献很小,对墩底弯矩贡献次之,对墩底剪力贡献最大。所以要根据研究的对象不同进行自由度数的选择；第五,根据相似理论,设计了牛栏江大桥1：12的缩尺模型。通过对实验体建设中使用的三种材料的回弹值和标准实验方法确定的材料标准抗压强度的对比,验证了规范中规定的使用回弹法推定既有结构材料力学性能方法的可靠性;第六,通过对该桥实施单自由度拟动力试验,试验证明：在加速度峰值为1.0g的El Centro地震动作用下,桥墩墩底出现非线性。墩身一侧混凝土由于受拉引起水平环状裂缝,属于弯曲破坏模式。结果表明该类型桥梁有很强的抗震能力,且抗震薄弱环节在墩底。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 汶川地震桥梁震害概述
• 1.2.1 支座系统失效
• 1.2.2 桥墩失效
• 1.2.3 桥台失效
• 1.2.4 墩台基础失效
• 1.2.5 梁体失效
• 1.2.6 震害调查小结
• 1.3 桥梁抗震研究进展
• 1.4 本文的主要工作及预期目标
• 第二章 牛栏江大桥现场模态测试
• 2.1 牛栏江大桥简介
• 2.2 牛栏江大桥振型数值模拟
• 2.3 牛栏江大桥原桥现场测试结果
• 2.3.1 垂向测试及数据分析
• 2.3.2 顺桥向测试及数据分析
• 2.3.3 横桥向测试及数据分析
• 2.4 本章小节
• 第三章 牛栏江大桥拟动力实验模型设计
• 3.1 拟动力实验方法简介
• 3.1.1 拟动力实验的基本原理及组成部分
• 3.1.2 拟动力实验算法简介
• 3.2 牛栏江大桥拟动力实验模型简化
• 3.2.1 两自由度模型简化参数计算
• 3.2.2 EL CENTRO0.1G地震动作用下简化模型的响应计算
• 3.2.3 卧龙地震动作用下简化模型的响应计算
• 3.3 模型设计使用材料力学实验
• 3.3.1 砂浆力学性能测试
• 3.3.2 混凝土力学性能测试
• 3.3.3 钢筋力学性能测试
• 3.4 模型设计
• 3.4.1 主要相似关系
• 3.4.2 配重计算及施加方法
• 3.4.3 配筋设计
• 3.4.4 支座设计及制作
• 3.5 本章小节
• 第四章 牛栏江大桥单自由度拟动力试验
• 4.1 实验准备
• 4.1.1 试验系统准备
• 4.1.2 结构参数计算
• 4.2 牛栏江大桥小震下的反应
• 4.2.1 0.1G EL CENTRO地震动作用下结构的反应
• 4.2.2 0.1G卧龙地震动作用下结构的反应
• 4.3 牛栏江大桥大震下的反应
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介