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中国公路学报 2020年第3期33卷 97-106页

作者：孙治国赵泰儀王东升韩强管璐防灾科技学院土木工程学院北京101601 东南大学土木工程学院江苏南京211189 河北工业大学土木与交通学院天津300401 北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124

为实现钢筋混凝土(RC)双层桥梁排架墩的地震损伤控制设计,提出将上层桥墩设计为装配式摇摆-自复位(RSC)结构,下层桥墩设计为装配式承插连接,但不发生摇摆反应的双层桥梁排架墩。给出新型排架墩中无黏结预应力筋、耗能角钢等的设计方法... 详细信息

为实现钢筋混凝土(RC)双层桥梁排架墩的地震损伤控制设计,提出将上层桥墩设计为装配式摇摆-自复位(RSC)结构,下层桥墩设计为装配式承插连接,但不发生摇摆反应的双层桥梁排架墩。给出新型排架墩中无黏结预应力筋、耗能角钢等的设计方法。以甘肃省洛塘河大桥非规则双层排架墩为原型,建立普通RC与新型RSC两种双层排架墩抗震数值分析模型,并结合太平洋地震工程研究中心(PEER)完成的RSC排架墩振动台试验结果验证建模方法的准确性。在此基础上,完成RC与RSC排架墩模型在40条近断层地震动下的动力时程分析,对比分析2种排架墩的抗震性能。研究结果表明:RSC排架墩上层桥墩最大层间位移角略大于普通RC排架墩的上层桥墩最大层间位移角,但RSC排架墩下层桥墩最大层间位移角仅为普通RC排架墩下层桥墩最大层间位移角的47%;RSC排架墩上、下层桥墩层间残余位移角仅为普通RC排架墩上、下层桥墩层间残余位移角的2%左右;RSC排架墩可显著降低下层桥墩的地震剪力需求,无黏结预应力筋应力保持弹性,耗能角钢易屈服耗能但未拉断,验证了所建议的双层桥梁排架墩地震损伤控制设计方法的合理性。

关键词：桥梁工程双层桥梁排架墩地震损伤控制设计摇摆-自复位结构数值模拟

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摇摆—自复位双层桥梁排架墩抗震性能分析

摇摆—自复位双层桥梁排架墩抗震性能分析

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作者：赵泰儀大连海事大学

学位级别：硕士

双层高架桥因其具有空间利用率高、可以实现交通的分流和扩容等特点,在我国桥梁工程中已经得到越来越多的应用。然而历次震害经验表明,基于传统延性设计理论的双层排架墩在地震损伤控制的要求中存在先天缺陷,更无法满足交通大动脉震后... 详细信息

双层高架桥因其具有空间利用率高、可以实现交通的分流和扩容等特点,在我国桥梁工程中已经得到越来越多的应用。然而历次震害经验表明,基于传统延性设计理论的双层排架墩在地震损伤控制的要求中存在先天缺陷,更无法满足交通大动脉震后功能快速恢复的要求。在桥梁抗震向地震损伤控制和震后功能恢复设计方向发展的背景下,摇摆-自复位(RockingSelf-Centering,RSC)桥墩在桥梁工程设计中受到了广泛关注。它在满足常规抗震需求的同时,能够提供较好的震后恢复能力,且极其适用于预制拼装的施工方式,极大的限制了施工带来的不利影响。本文采用OpenSees有限元软件,提出了上层为摇摆-自复位结构、下层为承插式连接的新型装配式摇摆-自复位双层桥梁排架墩体系,建立并验证该结构的数值分析模型,揭示了其在近断层地震动作用下的抗震性能。主要研究工作如下:(1)归纳总结了国内和国外研究人员针对RSC结构体系所进行的理论与数值分析、试验研究、工程应用等研究现状。在此基础上,找出其中的不足之处,提出本文的研究目的和研究内容。(2)讨论了 RSC桥墩地震反应的数值建模方法。通过对摇摆接缝处分别采用3种不同的模拟方法,建立了3种不同的数值分析模型。并结合4个悬臂式单柱墩和1个双柱墩的拟静力加载试验结果,以各桥墩的滞回曲线、接缝处受压区高度、预应力筋应力和摇摆变形比例为依据,讨论了各模型的模拟精度,给出了明确的建模方法。(3)探讨了 RSC双层桥梁排架墩的合理抗震设计优化方法。结合外置角钢分别设计了仅上层摇摆、仅下层摇摆以及双层均摇摆的3种RSC双层排架墩。建立各排架墩的数值分析模型,在验证模型准确的基础上,对各模型输入近断层地震动记录,并以普通钢筋混凝土双层排架墩作为对比,对比分析了各双层桥梁排架墩的地震反应,揭示了新型RSC双层桥梁排架墩的抗震性能。(4)提出了基于RSC体系的双层桥梁排架墩地震损伤控制设计方法。整理了国内外学者完成的34根RSC墩柱拟静力及振动台试验结果,给出RSC双层排架墩中关键构件的参数设计建议,即无粘结预应力筋配筋率不超过0.4%、初始张拉率不超过40%;外置角钢耗能应不少于摇摆接缝处截断纵筋耗能的15%即可。以洛塘河双层高架桥中某典型非规则双层排架墩为原型,建立精细化数值分析模型,通过动力时程分析验证了设计方法的有效性。

关键词：桥梁抗震摇摆-自复位双层桥梁排架墩数值分析 OpenSees

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竖向地震动下摇摆-自复位双层排架墩抗震性能分析

竖向地震动下摇摆-自复位双层排架墩抗震性能分析

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作者：管璐防灾科技学院

学位级别：硕士

双层桥梁可有效解决交通拥堵及复杂地质环境下道路通行问题,以双层排架墩作为主要竖向承重构件的高架桥在国内外桥梁工程中应用的越来越多。但震害表明,基于延性设计的双层桥梁排架墩破坏严重、震后不能实现快速修复。摇摆-自复位（Rock... 详细信息

双层桥梁可有效解决交通拥堵及复杂地质环境下道路通行问题,以双层排架墩作为主要竖向承重构件的高架桥在国内外桥梁工程中应用的越来越多。但震害表明,基于延性设计的双层桥梁排架墩破坏严重、震后不能实现快速修复。摇摆-自复位（Rocking Self-Centering,RSC）体系通过放松桥墩两端的约束,利用自重及预应力筋提供的恢复力在强震下发生摇摆反应并实现自复位功能,可大大减小桥墩震后残余位移,减轻结构损伤破坏,保证桥梁震后功能快速恢复。一般而言,地震动的竖向分量与水平分量相比对结构影响很小,因而总是在研究中忽略。但随着研究的不断深入发现,在近断层一定范围内,部分竖向加速度幅值接近甚至大于水平加速度幅值。因此研究竖向地震动对桥梁结构的影响尤为重要,本文采用OpenSees有限元软件,研究了考虑竖向地震动作用时摇摆-自复位双层排架墩抗震性能。论文的主要工作及认识如下:1.查阅国内外文献,总结近断层地震动下双层排架墩抗震性能研究进展、RSC结构体系的发展及国内外研究进展,提出本文的研究目的和研究内容。2.以甘肃省某双层高架桥为原型,基于OpenSees数值分析平台,建立了RSC、RC两个双层排架墩模型,详细介绍了建模过程及材料本构,对两个模型进行了模态分析,并通过振动台盲测试验结果验证了模型的准确性。3.将RSC双层桥梁排架墩模型分为仅考虑近断层地震动水平分量的RSC-X,以及同时考虑水平分量和竖向分量的RSC-XZ两种模型进行抗震性能分析,发现考虑竖向地震动作用时的RSC-XZ模型比RSC-X模型的以下几个反应值均增大:层间位移角、残余位移角、纵筋最大应力、预应力筋最大应力及外置耗能角钢的变形。角钢屈服并耗能,RSC双层桥梁排架墩的变形主要集中在顶层。4.将RC双层桥梁排架墩模型分为仅考虑近断层地震动水平分量的RC-X,以及同时考虑水平分量和竖向分量的RC-XZ两种模型进行抗震性能分析,得出的结论主要是:RC双层桥梁排架墩的变形也主要集中在顶层,且小于RSC双层排架墩的顶层变形;RC-XZ模型的层间位移角、残余位移角、纵筋最大应力均比RC-X模型的要大。RSC双层桥梁排架墩与RC双层桥梁排架墩相比,顶层层间最大位移角略大,但残余位移角是后者的1.5%。

关键词：桥梁抗震摇摆-自复位桥墩双层桥梁排架墩竖向地震动 OpenSees

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