高墩大跨鐵路橋梁抗震設(shè)計(jì)與減震控制研究.pdf

1、高墩大跨鐵路橋梁在中國(guó)山區(qū)鐵路有著廣泛的應(yīng)用,但位于地震區(qū)的這類(lèi)橋梁的抗震設(shè)計(jì)問(wèn)題尚未得到有效地解決,工程設(shè)計(jì)單位對(duì)該問(wèn)題的解決有著強(qiáng)烈的技術(shù)需求.為此,該文開(kāi)展了典型鐵路高橋墩的比例模型擬靜力試驗(yàn)、高墩大跨鐵路橋梁抗震設(shè)計(jì)實(shí)用方法和減震控制等方面的研究,主要完成了下列工作:1.對(duì)典型鐵路高橋墩—低配筋率空心墩,進(jìn)行了比例模型的擬靜力試驗(yàn)研究.重點(diǎn)探討了縱筋配筋率、橫向鋼筋的布置及壁厚等參數(shù)的變化對(duì)空心墩強(qiáng)度和延性的影響.通過(guò)對(duì)橋墩恢復(fù)

2、力特性的試驗(yàn)研究,提出了一個(gè)適合此類(lèi)橋墩的單軸恢復(fù)力模型,該模型的骨架曲線為雙線性,滯回規(guī)則同考慮剛度退化的Clough模型,并建議剛度退化指數(shù)取位移塑性率的倒數(shù).2.提出了這類(lèi)橋梁的抗震設(shè)計(jì)實(shí)用方法,設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括方案設(shè)計(jì)階段的抗震概念設(shè)計(jì)、小震下的強(qiáng)度驗(yàn)算、大震下的變形驗(yàn)算及必要時(shí)的減震控制措施四方面.并選擇目前國(guó)內(nèi)跨度最大、墩高最高的鐵路混凝土梁式橋—內(nèi)昆鐵路花土坡特大橋?yàn)槔?闡述了該文提出的實(shí)用設(shè)計(jì)方法面向工程的具體實(shí)施.3.

3、針對(duì)各抗震驗(yàn)算環(huán)節(jié),該文采用的分析方法有:(1)多振型反應(yīng)譜法和線性時(shí)程分析法,用于求解在小震下結(jié)構(gòu)的地震需求;(2)Pushover分析,用于求解大震下高橋墩的變形能力,為反映高橋墩在地震下的實(shí)際內(nèi)力分布,該文利用基于對(duì)全橋分析的多振型反應(yīng)譜法所求得的墩身實(shí)際剪力分布,來(lái)生成高橋墩的側(cè)向力分布模式;(3)非線性時(shí)程分析法,用于求解在大震下結(jié)構(gòu)的整體地震需求,該文利用基于試驗(yàn)提出的單軸恢復(fù)力模型,形成能考慮雙軸彎曲耦合效應(yīng)的基于隨動(dòng)強(qiáng)化

4、規(guī)則的塑性雙軸恢復(fù)力模型,并基于該模型編制了非線性時(shí)程分析程序.4.在理論和試驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上,對(duì)高橋墩的抗震構(gòu)造提出了一些建議,主要包括:(1)建議縱筋最小配筋率取0.5﹪;(2)推導(dǎo)出抑制縱筋發(fā)生"擴(kuò)展"屈曲所需的橫向聯(lián)系鋼筋的數(shù)量的計(jì)算公式;(3)建議空心墩的壁厚與截面短邊尺寸之比不宜小于0.15.5.研究了MTMD用于高墩大跨橋梁減震的被動(dòng)控制理論.制定MTMD的參數(shù)優(yōu)化準(zhǔn)則為:極小化系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)受控模態(tài)的頻率響應(yīng)峰值.依據(jù)該準(zhǔn)則,

5、對(duì)MTMD的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析.選用大量的地震波,統(tǒng)計(jì)分析了基于最優(yōu)參數(shù)的MTMD對(duì)不同周期的結(jié)構(gòu)的減震控制效果.并具體討論了MTMD用于花土坡鐵路特大橋地震響應(yīng)被動(dòng)控制的實(shí)施辦法.6.研究了磁流變阻尼器用于高墩大跨橋梁減震的半主動(dòng)控制理論.阻尼器安裝在橋梁的各活動(dòng)支座處,制定控制目標(biāo)為:同時(shí)極小化各活動(dòng)支座和各橋墩墩頂?shù)奈灰祈憫?yīng).提出了面向工程應(yīng)用的磁流變阻尼器的參數(shù)調(diào)整方法.半主動(dòng)控制算法采用限幅最優(yōu)控制算法,即通過(guò)調(diào)節(jié)阻尼器的控制電