基于损伤评估的上承式钢管混凝土拱桥抗震性能分析

作     者：杨非凡 

作者单位：沈阳建筑大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王占飞

授予年度：2022年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：上承式钢管混凝土拱桥 损伤评价 地震响应分析 地震损伤演化模拟 非线性时程分析 

摘      要：随着我国西部地区公路桥梁建设迅速发展,高墩大跨桥梁的抗震设计变得尤为重要。钢管混凝土拱桥因为其结构稳定和造型优美等特点,是应用较为广泛的一种大跨度桥梁。然而其构造复杂、构件众多,导致其地震响应也极为复杂,不能直接以常规桥梁的抗震设计方法直接对其进行分析。因此本文以一座典型的高墩大跨上承式钢管混凝土拱桥为研究对象,针对钢管混凝土拱桥各构件的材料和结构特性选取合适的损伤评价指标,通过基于损伤评估的抗震性能分析方法,研究钢管混凝土拱桥在多维地震动下构件层面和全桥层面的抗震性能,主要内容如下:（1）通过Midas civil软件建立钢管混凝土拱桥的全桥有限元模型,并通过特征值分析,确定其结构自振周期、振型形状以及振型参与质量等参数,总结拱桥的动力性能特点。（2）将地震动分别沿横向、纵向、双向（横向+纵向）和三向（横向+纵向+竖向）输入桥梁结构模型,通过非线性时程分析获得拱桥各构件的地震响应,分析多维地震作用对拱桥地震响应的影响规律。研究发现:拱桥各构件的内力和位移响应均受横向地震作用影响最大,竖向次之,纵向最小;根据地震响应最大的位置,确定了拱桥跨中、1/4跨、拱脚和交界墩处作为构件抗震性能分析的关键位置。（3）选取三条地震波,通过增量动力分析方法将地震波峰值从0.1g逐级调幅至1.0g,对拱桥进行纵向、横向、双向、三向加载,研究拱桥在多维地震作用下的损伤演化过程,获得结构随地震波强度变化的损伤规律,并从构件和全桥层次进行探讨。研究发现:从构件层面来看,交界墩损伤最为严重,主梁和拱肋弦杆次之,拱肋腹杆和立柱损伤较轻,拱肋横向联系损伤程度最轻,即拱上建筑相对主拱圈来说抗震性能相对较差。（4）将基于损伤评估的抗震性能分析方法与本实际工程应用的传统抗震性能分析方法进行对比,结论较为一致,桥梁结构抗震性能满足Ⅶ度设防要求。本研究表明:拱桥地震响应受横向地震动影响最大,且竖向地震动对拱桥地震响应影响较大,在抗震分析时不可忽略。