高墩大跨混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋抗震性能試驗研究.pdf

1、高墩大跨混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋具有造型優(yōu)美、跨越能力強、施工方便、造價較低等優(yōu)點，在我國山地林區(qū)特別是西部地震多發(fā)區(qū)廣泛應(yīng)用。由于缺少震害經(jīng)驗和系統(tǒng)的研究成果，高墩大跨混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的抗震設(shè)計比較茫然，具體工程設(shè)計都偏于保守，既造成很大浪費，又缺乏對橋梁真實的抗震性能表現(xiàn)的準(zhǔn)確認(rèn)識。深入總結(jié)該類橋型的震害經(jīng)驗并系統(tǒng)地開展其抗震性能研究具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。
　　本文以墩高126米的牛欄江大橋為例，通過實橋測試、模型試驗和數(shù)

2、值分析等手段，系統(tǒng)深入地研究了高墩大跨混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的抗震性能，探討其極限抗震能力和抗震薄弱環(huán)節(jié)，為該橋型的工程設(shè)計提供參考依據(jù)。具體工作成果如下。
　　1.完成了牛欄江大橋動力特性測試。利用環(huán)境激勵和行車駛過障礙引起的激勵，獲得了橋梁橫橋向、縱橋向和垂直向振動模態(tài)。據(jù)此判斷該橋橫橋向相當(dāng)于約束最少的懸臂梁，屬抗震薄弱方向。進(jìn)一步通過MIDAS有限元程序?qū)υ摌虻母麟A模態(tài)進(jìn)行了數(shù)值模擬計算，得到了與實測模態(tài)相吻合的結(jié)果。
　

3、　2.按照1∶12的比例設(shè)計建造了迄今最大規(guī)模的高墩大跨混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋模型(Ⅰ)，模型為4墩3跨，長24m，高12m。應(yīng)用偽動力實驗技術(shù)對橋梁模型進(jìn)行了抗震性能試驗，結(jié)果表明，該橋具有很強的抗震能力，即使遭遇PGA達(dá)到1.5g的強烈地震作用也僅在墩底出現(xiàn)中等程度的彎曲型破壞。為了增加試驗樣本，對模型Ⅰ進(jìn)行加固，墩身截面增加近一倍，得到一個固有周期大幅降低的另一橋梁模型(Ⅱ)，按照相似的步驟實施偽動力試驗，得到了類似的破壞模式，但模型(

4、Ⅱ)極限抗震能力比模型(Ⅰ)降低20％以上。
　　3.完善了偽動力實驗方法。自行設(shè)計搭建了與既有結(jié)構(gòu)加載系統(tǒng)配套了的集發(fā)送指令、采集反饋信號、求解動力平衡方程等功能于一體的偽動力實驗控制系統(tǒng);采用預(yù)應(yīng)力方法在墩身中心豎軸施加軸向力，模擬重力荷載效應(yīng)。
　　4.詳細(xì)調(diào)查了汶川地震時受損的高墩大跨混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋案例，即距震中僅16km的廟子坪大橋。分析了其震害與結(jié)構(gòu)構(gòu)造的關(guān)系，闡明邊跨擺尾進(jìn)而造成支座、梁端及擋塊等嚴(yán)重破壞是高

5、墩大跨混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋震害最主要表現(xiàn)。通過彈塑性數(shù)值模擬，再現(xiàn)了邊跨擺尾的過程，并提出通過設(shè)置含金屬橡膠擋塊及防落梁油阻尼器可以有效控制擺尾引起的震害。
　　綜合上述研究結(jié)果可以看出，現(xiàn)行設(shè)計的高墩大跨混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋整體上具有很強的抗震能力，即使遭遇意外強烈地震的作用，也僅在墩底出現(xiàn)彎曲型破壞。這樣的破壞模型可以充分發(fā)揮鋼筋的抗拉強度，使橋墩表現(xiàn)出較好的延性，避免倒塌。但是，研究也暴露出該橋型邊跨擺尾及相應(yīng)撞擊、碾搓導(dǎo)致的破壞是