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限位墩對長聯梁橋抗震性能的建築學初步探讨

發布時間:2019-03-25 19:16 論文編輯:lgg 價格: 所屬欄目:建築學論文 關鍵詞: 限位墩長聯梁橋抗震性能

本文是一篇建築學論文,當代生态建築學是從整體有機聯系上以生态規律來揭示并協調人、建築與自然環境和社會環境的相互關系。其實施手段,更以當代科學技術的物質條件為重。

本文是一篇建築學論文,當代生态建築學是從整體有機聯系上以生态規律來揭示并協調人、建築與自然環境和社會環境的相互關系。其實施手段,更以當代科學技術的物質條件為重,來實現人在自然生态系統下構建人工生态系統,以其間的具體的、物質的交流,争取達到最優關系。(以上内容來自百度百科)今天為大家推薦一篇建築學論文,供大家參考。
 
第一章 緒論
 
1.1 課題研究背景與意義
就全球範圍來講,有三個大的地震帶,其中最大的一個位于環太平洋地區,稱之為俯沖帶的闆塊邊界,它集中了全世界地震的 80%。第二個地震帶,稱之為歐亞地震帶,我們稱之為碰撞帶,它集中了世界上 15%左右的地震,以中源淺源為主。從全球範圍來講,我國地處于歐亞闆塊的中南部,被印度版塊、太平洋闆塊所挾持,在闆塊間的相對作用和闆内動力作用下,導緻我國成為世界上地震活動最強烈的國家之一[1]。地震過後,許多建築物發生了傾斜、失穩,甚至倒塌,給人們帶來巨大的經濟損失和人員傷亡。1976 年的唐山大地震頃刻間造成 24 萬居民死亡,這樣巨大的地震災害在近現代史上是極為少見的[2-3]。留下慘痛回憶的地震,一般來說具有爆發的突然性,另外當地震發生在人煙稠密的地方時,就會造成嚴重的後果。對于地震來說,我們一般不知道它到底什麼時候會發生,也很難預計它産生後果的嚴重性。據科學家統計,現在我們每年監測到的地震達 100 萬次以上,但實際上大的地震也就 20 多次,這種地震若發生在人煙稀少的地方,也不會産生非常嚴重的後果,但事實上,對于全球 70 多億的人口來講,大概有十分之一的人口居住在強震帶附近,這樣地震造成威脅,就成為一個非常現實的問題。随着對地震斷層研究的深入,人們都關心自己的腳下是否有地震斷層。每個國家幾乎都認為有比較安全的城市。位于西太平洋的日本一個地震發生頻繁的國家,它處于三個主要的地殼斷層連接處,每年要經曆 1000 多次地震的襲擊,相當于地球地震釋放總能量的 10%。1923 年 9 月 1 日,以日本東京—橫濱為中心發生著名的關東大地震,強度達 8.3 級,震源深度為 10km,死亡 14.3 萬人。1994 年 1月 17 日,在美國加州發生 Northridge 地震,地震動持續了約 20s,發生大地震一年後的同一天,日本神戶發生裡氏 7.2 級地震,地震共持續了 20 多秒,記錄到的最大地面水平加速度峰值約為 0.8g,豎向最大加速度約為 0.3g。
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1.2 限位墩概念的提出
根據汶川地震震害分析可知:長度較大、聯數較多的橋梁震害明顯高于中小橋梁,表現為較長橋梁橋墩和主梁的嚴重破壞以及發生落梁。主要原因是多聯長橋的伸縮縫較多,造成主梁較大的的運動空間,在強烈地震荷載下墩梁的相對位移就大,從而可能會引起碰撞。而橋台作為梁式橋的基本構件,在地震荷載的作用下,主梁結構與橋台發生碰撞,由于橋台較大的抗推剛度會約束主梁的縱向位移,有效的減弱了主梁間的位移傳遞,進而降低了由于位移過大而發生落梁的風險。受橋台有限制主梁縱向位移的啟發,研究者提出了在多聯長橋中某幾聯适合的位置設置較大剛度的“抗震制動墩”,即限位墩,來替代普通墩,起到于橋台的作用,在地震荷載的作用下,較大剛度的限位墩将會限制主梁的縱向位移,類似于将多聯長橋分成短橋,減小墩梁相對位移,降低主梁之間的碰撞所帶來的震害。
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第二章 碰撞分析及有限元模型簡介
 
2.1 引言
地震作用下,空間相鄰結構之間因為存在間隙而極易發生碰撞現象,碰撞不僅會引起結構的損傷,甚至會導緻結構的倒塌。對于橋梁來說,由于主梁和橋墩之間設置活動支座,在地震作用下,若墩-梁、台-梁、梁-梁之間的相對位移響應過大,極易引起主梁與鄰梁之間、主梁與擋塊之間、主梁與橋台之間的碰撞效應,見圖 2-1。一場地震給場地造成的破壞程度是有多個因素共同決定的,包括峰值加速度,頻譜以及持續時間。多次地震情況表明,有高峰值加速度地面運動但隻高頻成分且持續時間很短所産生的破壞可能很小,而一次持續時間很長且具有低頻成分的中等強度的地震産生的破壞可能較大。由碰撞引起的橋梁破壞是非常常見的,碰撞主要發生在鄰梁的伸縮縫處,而碰撞機理是一個非常複雜的動力學問題,首先碰撞是瞬間産生的,并伴随着局部開裂、局部塑性變形、摩擦、剝落、由碰撞産生的應力波在梁内傳遞等複雜的行為。而地震波的随機性以及行波效應又使問題更加複雜。
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2.2 碰撞分析模型
為了研究主梁斷面之間的任意接觸碰撞,Zhu[28]等發展了一種三維接觸-摩擦模型。2002 年,Zhu[38-42]等對三維接觸-摩擦模型進行模型試驗研究,研究表明這種碰撞模型能用于模拟多方向的碰撞。碰撞面接觸可分為法向和切向兩種接觸方式,發生地震時,相鄰主梁之間在接觸面上不但有縱向位移,同時也存在側向位移,而側向位移則就會在接觸面的切線方向産生摩擦。基于點面接觸理論且考慮邊界過盈的三維接觸-摩擦模型,接觸的整個過程疊代依賴于時間的最小增量步,求解過程中考慮到了材料非線性和幾何非線性對接觸問題的影響。特别是不規則形狀的面與面接觸,通常需要花很大代價來求解,這會導緻運算不收斂。通常采用增量步的方法來求解接觸問題。
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第三章 橋墩等高的典型長聯橋.......31
3.1 動力特性分析........... 31
3.2 限位墩個數對結構動力響應的影響....... 34
3.3 伸縮縫間距對結構的動力響應的影響........... 67
3.4 跨徑對結構動力響應的影響........... 87
3.5 本章小結......... 105
第四章 限位墩對不規則橋梁抗震性能的影響 ....107
4.1 不等高橋型..... 107
4.2 曲線橋梁......... 122
4.2.1 結構動力特性 ........ 122
4.2.2 限位墩個數對結構動力響應的影響 .... 125
4.2.3 伸縮縫間距對結構動力響應分析 ........ 129
4.3 本章小結......... 137
第五章 結論和展望.........139
5.1 本論文研究的主要結論......... 139
5.2 展望......... 140
 
第四章 限位墩對不規則橋梁抗震性能的影響
 
上一章主要探讨了墩高相同直線型規則橋梁在不同地震加速度一緻激勵的情況下動力結構響應,規則橋梁的一般受一階振型主導,在跨數、質量分布、幾何形狀以及剛度分布上滿足一定的限制。鑒于本文主要研究高烈度山區長橋地震反應特點,本章有必要研究限位墩在不規則橋梁下的地震反應。
 
4.1 不等高橋型
墩作為橋梁下部結構的重要構件,高度的改變直接影響着下部結構剛度的改變。對于雙柱墩簡支梁橋,剛度的改變直接影響着橋梁的動力特性,本節在跨徑和橋長保持一定的條件下(3×4×30m),通過墩高度的變化(跨溝谷橋),分析各長橋在不同峰值加速度下的動力響應,分析所采用的墩高分别為 5m、9m、13m、17m、21m、25m、29m、25m、21m、17m、13m、9m 和 5m,伸縮縫間距為 8cm,跨徑為 30m,結構尺寸參數見表 4-1。在 Taft 地震波峰值加速度為 0.4g 和 0.7g 作用下,分析其結構動力響應。振動模态是橋梁結構自身特有的振動形式,每一階模态都對于其固有的振型、頻率、阻尼。他們都是進行動力分析的重要參數。振型也就是橋梁振動的形态,第一階振型也是最容易被激振出來,也就是說第一階振型其主導地位,振型階數越高,其對運動形式的貢獻就越小,那麼橋梁前幾階振型的研究是很有必要的。鑒于篇幅的影響,這裡隻列出 0、1、2 個限位墩三種橋型的前六階振型。
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結論
 
本文通過有限元 Abaqus 建立橋梁模型,采用接觸搜索算法來研究碰撞作用。通過地震作用下的時程反應分析,主要以橋梁限位墩數量、限位墩墩頂伸縮縫間隙和跨徑作為參數,在三種不同的地震加速度一緻激勵下,分析六聯長橋(24 跨)在地震荷載作用下的動力響應,通過對一座六聯長橋的分析,得出了限位墩有一定的限位能力。以三聯(12 跨)長橋為基礎,在 Taft 地震波的作用下,分别讨論了不同個數的限位墩和不同伸縮縫間距對不等高直橋和彎橋結構動力響應的影響。本文所得到的結論為長橋中限位墩的設計提供參考,論文取得的主要研究結果如下:
(1)經過對限位墩個數的初步研究得到限位墩數量越多,全橋縱向抗推剛度增加,在地震荷載的作用下,變形減小,導緻上部結構位移随之減小。從經濟的角度出發,考慮橋梁可能遭受罕遇地震,限位墩顯著降低墩梁相對位移的效果,推薦在實際橋梁工程中針對 24 跨等高長聯梁橋型,采用 3 個限位墩。
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