远场、近场及跨断层地震作用下简支梁桥搭接长度分析
简支梁桥是我国使用数量较多的桥梁之一，落梁破坏属于简支梁桥中比较常见的地震灾害，而桥梁的搭接长度又与落梁破坏息息相关，落梁破坏发生的主要原因是地震中桥梁的墩梁相对位移超过了其设置的搭接长度。随着交通网络向偏远地区辐射，远、近场和跨断层简支梁桥越来越多，因此，研究远场、近场和跨断层地震作用下简支梁桥的搭接长度需求是十分有必要的。以某简支梁桥为研究对象，基于ANSYS平台建立其弹塑性分析模型，研究该类桥梁在远场、近场和跨断层地震作用下的搭接长度需求。主要研究内容及结论如下： （1）介绍了桥梁的防落梁系统和国内外规范中搭接长度的计算公式，总结了学者对搭接长度、限位装置和连梁装置的研究内容。参数分析了中国、美国和日本规范中搭接长度计算公式的差异。研究表明：日本规范搭接长度计算公式仅与跨径有关，中国和美国规范搭接长度计算公式综合考虑了墩高和跨径的影响。 （2）介绍了远场地震动特征，选取了20条远场实测地震波。通过动力响应分析、弹塑性分析和抗震能力分析，研究了远场地震作用下简支梁桥的搭接长度需求，并基于最小二乘法分析了墩梁相对位移与地震动峰值加速度的关系。研究表明：墩梁相对位移随地震动峰值加速度的增加而增大；远场地震作用下塑性铰区的最大剪力剪切强度比为0.49；多项式拟合的残差平方和与拟合优度分别为21.798和0.976，地震动峰值加速度为0.25g时，墩梁相对位移约占规范搭接长度的37%，远场地震作用下简支梁桥的搭接长度需求满足规范要求。 （3）介绍了近场地震特征，利用目标反应谱和地震动强度指标选取了24条近场实测地震动。研究了近场地震动的脉冲效应对功率谱和反应谱的影响，分析了近断层地震动强度指标与单自由体系最大地震反应的相关性。通过动力响应分析、弹塑性分析和抗剪能力分析，研究了近场地震作用下简支梁桥的搭接长度需求，并基于最小二乘法分析了塑性铰破坏前墩梁相对位移与地震动峰值加速度的关系。研究表明：脉冲效应会放大地震动的反应谱和功率谱，同时也增大结构的地震响应；脉冲型地震动和非脉冲型地震动的峰值加速度均与单自由体系最大地震反应表现出强相关性；近场地震作用下塑性铰区的最大剪力剪切强度比为0.84；多项式拟合的残差平方和与拟合优度分别为1626.74和0.863，地震动峰值加速度为1.0g时，塑性铰破坏前墩梁相对位移约占规范搭接长度的41%，近场地震作用下简支梁桥的搭接长度需求满足规范要求。 （4）介绍了跨断层人工地震动的合成方法和基线校正方法，生成了6条人工合成地震波和对6条实测原始地震波进行了基线校正。通过动力响应分析、弹塑性分析和抗剪能力分析，研究了跨断层地震作用下简支梁桥的搭接长度需求，并基于最小二乘法分析了塑性铰破坏前墩梁相对位移与地面永久位移的关系。研究表明：跨断层地震动的滑冲效应会增大结构的地震响应，跨断层地震作用下塑性铰区的最大剪力剪切强度比为0.47；多项式拟合的残差平方和与拟合优度分别为539.91和0.984，地面永久位移为1.6m时，塑性铰破坏前墩梁相对位移约占规范计算搭接长度的56%，在峰值加速度较小的情况下，跨断层地震作用下简支梁桥的搭接长度需求满足规范要求。 本文通过对简支梁桥进行动力响应分析、弹塑性分析和抗剪能力分析，分别研究了远场、近场和跨断层地震动作用下简支梁桥搭接长度的需求，为桥梁抗震设计规范中搭接长度计算的完善及将来跨断层桥梁抗震设计规范的草拟提供数据参考。
简支梁桥;搭接长度;远场地震;近断层地震;跨断层桥梁;脉冲特性;塑性铰;动力响应
西南交通大学
硕士
桥梁与隧道工程
贾宏宇;郑史雄
2022
中文
U448.217
2022-12-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）