桥梁横向限位装置抗震性能评价

论文摘要

近年来,全球范围内地震灾害的发生越来越频繁。在桥梁工程中,为了防止落梁的震害或保证支座的抗震安全性,通常采用设置横向限位装置的抗震措施。横向限位挡块作为防止横向落梁的重要构件,其本身力学性能及与主梁间不同连接形式对桥梁结构在地震力作用下的受力性能有很重要的影响。本文是陕西科技项目《桥梁震害与震后加固处置技术》的一个组成部分。依托陕西省内某一20米简支梁桥和一3×20米连续梁桥,分别用有限元程序模拟结构在横桥向地震激励作用下,针对挡块自身及与主梁间相互作用的受力特点,分析在不同的墩刚度时挡块与主梁间接触刚度、初始间隙和接触阻尼等参数在横桥向地震荷载作用下,对挡块所受碰撞力、主梁与盖梁相对位移、墩截面弯矩值的影响,以及在主梁与挡块间紧贴无间隙、加橡胶垫块、加木垫块和预留3cm间隙值等四种常见工况下,分析讨论在0.1g,0.2g,0.3g和0.4g等不同地震动峰值加速度下,挡块所受碰撞力、主梁与盖梁相对位移和墩截面弯矩的大小及结构的破坏状况和破坏出现的时间。分析结果表明,碰撞作用改变了结构的地震响应状态,对结构的受力产生较大影响。无论简支梁还是连续梁,在相同地震激励下,不同的接触刚度与墩刚度之比时,挡块所受的最大碰撞力随刚度比的增大先增大后趋于平稳,主梁与盖梁间最大相对位移随随刚度比的增大而减小,墩截面最大弯矩值随刚度比的增大先增大后趋于平稳；在不同的墩刚度下,初始间隙对简支梁和连续梁受力性能影响的变化规律不同,接触阻尼对两种桥型受力性能的影响不大。对简支梁而言,主梁与挡块间预留3cm间隙时缓冲效果达到最佳,结构的总体受力性能最好；对连续梁而言,主梁与挡块间紧贴无间隙时缓冲效果达到最佳,结构的总体受力性能最好。本文结论可供桥梁抗震设计参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 桥梁横向限位装置概述
• 1.2 横向限位装置的作用与分类
• 1.2.1 横向限位装置的作用
• 1.2.2 横向限位装置的分类
• 1.3 横向限位装置设计特点
• 1.3.1 受力分析
• 1.3.2 位移分析
• 1.3.3 强度、刚度分析
• 1.3.4 与下部连接性能分析
• 1.4 桥梁横向限位装置震害
• 1.5 横向限位装置对抗震性能的影响
• 1.6 本文研究的主要目的及内容
• 1.6.1 本文研究的目的及意义
• 1.6.2 本文研究的主要内容
• 第二章 横向限位装置的力学结构分析
• 2.1 概述
• 2.2 横向限位装置的非线性有限元分析
• 2.2.1 接触分析概述
• 2.2.2 橡胶的本构模型
• 2.2.3 木质材料的本构模型
• 2.2.4 无间隙
• 2.2.5 挡块与主梁间接触单元的恢复力模型
• 2.3 支座、桩土结构相互作用等的有限元模型
• 2.3.1 支座的有限元模型
• 2.3.2 桩-土-结构相互作用模型
• 2.4 小结
• 第三章 简支梁地震响应分析
• 3.1 工程背景
• 3.2 有限元分析模型
• 3.3 地震波激励的选择
• 3.3.1 地震波的选择
• 3.3.2 地震波激励方向
• 3.4 桥梁在地震作用下内力响应分析
• 3.4.1 不同的墩刚度在不同参数下对受力性能的影响
• 3.4.2 挡块与梁之间间隙材料刚度对受力性能的影响
• 3.4.3 挡块与梁间设置不同连接形式对受力性能的影响
• 3.5 在地震作用下结构破坏机理分析
• 3.5.1 简支梁墩的恢复力模型
• 3.5.2 简支梁挡块实体模型
• 3.5.3 计算结构各部位破坏状况
• 3.6 小结
• 第四章 连续梁地震响应分析
• 4.1 工程背景
• 4.2 有限元分析模型
• 4.3 桥梁在地震作用下内力响应分析
• 4.3.1 不同的墩刚度在不同参数下对受力性能的影响
• 4.3.2 挡块与梁之间间隙材料对受力性能的影响
• 4.3.3 挡块与梁间设置不同连接形式对受力性能的影响
• 4.4 在地震作用下结构破坏机理
• 4.4.1 连续梁墩的恢复力模型
• 4.4.2 连续梁挡块实体模型
• 4.4.3 计算结构各部位破坏状况
• 4.5 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 本文的结论
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢