高墩大跨鐵路橋梁抗震設計與減震控制研究.pdf

1、高墩大跨鐵路橋梁在中國山區(qū)鐵路有著廣泛的應用,但位于地震區(qū)的這類橋梁的抗震設計問題尚未得到有效地解決,工程設計單位對該問題的解決有著強烈的技術需求.為此,該文開展了典型鐵路高橋墩的比例模型擬靜力試驗、高墩大跨鐵路橋梁抗震設計實用方法和減震控制等方面的研究,主要完成了下列工作:1.對典型鐵路高橋墩—低配筋率空心墩,進行了比例模型的擬靜力試驗研究.重點探討了縱筋配筋率、橫向鋼筋的布置及壁厚等參數(shù)的變化對空心墩強度和延性的影響.通過對橋墩恢復

2、力特性的試驗研究,提出了一個適合此類橋墩的單軸恢復力模型,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.提出了這類橋梁的抗震設計實用方法,設計內容主要包括方案設計階段的抗震概念設計、小震下的強度驗算、大震下的變形驗算及必要時的減震控制措施四方面.并選擇目前國內跨度最大、墩高最高的鐵路混凝土梁式橋—內昆鐵路花土坡特大橋為例,闡述了該文提出的實用設計方法面向工程的具體實施.3.

3、針對各抗震驗算環(huán)節(jié),該文采用的分析方法有:(1)多振型反應譜法和線性時程分析法,用于求解在小震下結構的地震需求;(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際內力分布,該文利用基于對全橋分析的多振型反應譜法所求得的墩身實際剪力分布,來生成高橋墩的側向力分布模式;(3)非線性時程分析法,用于求解在大震下結構的整體地震需求,該文利用基于試驗提出的單軸恢復力模型,形成能考慮雙軸彎曲耦合效應的基于隨動強化

4、規(guī)則的塑性雙軸恢復力模型,并基于該模型編制了非線性時程分析程序.4.在理論和試驗分析的基礎上,對高橋墩的抗震構造提出了一些建議,主要包括:(1)建議縱筋最小配筋率取0.5﹪;(2)推導出抑制縱筋發(fā)生"擴展"屈曲所需的橫向聯(lián)系鋼筋的數(shù)量的計算公式;(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控制理論.制定MTMD的參數(shù)優(yōu)化準則為:極小化系統(tǒng)中結構受控模態(tài)的頻率響應峰值.依據(jù)該準則,

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