【摘要】：傳統(tǒng)簡支橋梁的支座和伸縮縫要經(jīng)常維修和更換,全生命周期成本高,且抗震性能差。整體式橋的橋身與橋臺剛性連結(jié),取消了支座和伸縮縫,具有很好的抗震性能。但是目前對全高整體式橋動力響應(yīng)的研究較少,還沒有關(guān)于整體式橋臺后動土壓力計算的規(guī)范。針對整體式橋臺后的回填土?xí)a(chǎn)生過大土壓力和沉降變形問題,學(xué)者提出加筋土整體式橋的概念,但對其地震響應(yīng)還很不清楚。本文在FLAC2D上開發(fā)能反映土體循環(huán)荷載下滯回性的非線性滯回模型。對單跨全高整體式橋的動力響應(yīng)進(jìn)行數(shù)值計算及參數(shù)分析。然后對加筋土整體式橋的動力響應(yīng)進(jìn)行模擬計算與參數(shù)分析。具體內(nèi)容如下:(1)應(yīng)用FISH語言二次開發(fā)出反映土體動力滯回性、壓硬性和非線性的本構(gòu)模型,用土柱單元對該模型進(jìn)行數(shù)值驗(yàn)證。利用該模型對基坑的存在對場地地震響應(yīng)的影響這一具有工程意義的問題進(jìn)行數(shù)值模擬。(2)對單跨全高整體式橋的動力響應(yīng)進(jìn)行數(shù)值模擬,結(jié)果表明,橋身和橋臺的剛性連結(jié)會顯著影響橋臺的動力響應(yīng)。現(xiàn)有橋臺抗震設(shè)計規(guī)范中所采用M-O方法不能正確反映整體式橋臺后水平土壓力的分布形式與合力作用點(diǎn)位置,偏不安全。參數(shù)分析表明:地震峰值加速度增大和橋梁跨度增加使橋身慣性力增加,導(dǎo)致水平土壓力、頂部彎矩、頂部水平位移等增大;橋臺高度增加,橋臺的變形模式由轉(zhuǎn)動變?yōu)閺澢?設(shè)置可壓縮材料后,水平土壓力分布變均勻,最大土壓力顯著減小,但是橋臺產(chǎn)生更大的彎矩。(3)對加筋土整體式橋臺進(jìn)行數(shù)值模擬,結(jié)果表明:傳統(tǒng)支座橋臺、加筋土傳統(tǒng)支座橋臺、整體式橋臺、加筋土整體式橋臺等四種橋臺的抗震性能依次提高。0.4m厚的加筋土整體式橋臺相較于1m厚的整體式橋臺,位移不增加、自振頻率不變、彎矩顯著降低,且所需鋼筋明顯減少。橋臺厚度較小或高度較大時,加筋土整體式橋臺具有顯著優(yōu)勢。(4)對加筋土整體式橋臺的參數(shù)分析表明:橋臺高度較大時,加筋土能顯著減小橋臺的彎矩和位移;筋材的剛度和長度超出一定數(shù)值后,對橋臺抗震性能的提高幫助不大;筋材的層間距對橋臺的地震反應(yīng)幾乎沒有影響。(5)針對地表殘余沉降突變問題進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計,結(jié)果表明:上部長度大而下部長度小的筋材布置能夠很好地解決橋臺后地表的沉降突變問題。
[Abstract]:The support and expansion joints of traditional simply supported bridges should be maintained and replaced frequently, the whole life cycle cost is high, and the seismic performance is poor. The rigid connection between the body and abutment of the monolithic bridge eliminates the support and expansion joint and has good seismic performance. However, there are few researches on the dynamic response of the full-height monolithic bridge, and there is no code for calculating the dynamic earth pressure behind the monolithic abutment. In view of the problem that the backfill behind the integral abutment will cause excessive earth pressure and settlement deformation, the concept of reinforced earth integral bridge is put forward, but the seismic response of the bridge is not clear. In this paper, a nonlinear hysteretic model is developed on FLAC2D to reflect the hysteresis behavior of soil under cyclic loading. The dynamic response of a single-span full-height integral bridge is numerically calculated and its parameters are analyzed. Then the dynamic response of reinforced earth integral bridge is simulated and analyzed. The main contents are as follows: (1) the constitutive model which reflects the dynamic hysteresis, compression and nonlinearity of soil is developed by using fish language, and the model is verified numerically by soil column element. The model is used to simulate the influence of the foundation pit on the seismic response of the site. (2) the dynamic response of the single-span full-height integral bridge is numerically simulated, and the results show that, Rigid connections between the abutment and the abutment will significantly affect the dynamic response of the abutment. The M-O method used in the existing seismic design code of abutment can not correctly reflect the distribution form of horizontal earth pressure behind integral abutment and the position of working point of resultant force, which is not safe. The parameter analysis shows that the increase of seismic peak acceleration and the increase of bridge span increase the inertia force of bridge body, resulting in the increase of horizontal earth pressure, bending moment at the top and horizontal displacement at the top, and the deformation mode of abutment changes from rotation to bending when the height of abutment increases. With compressible materials, the horizontal earth pressure distribution becomes uniform, the maximum earth pressure decreases significantly, but the abutment produces greater bending moment. (3) numerical simulation of the reinforced earth integral abutment shows that: traditional abutment, The seismic behavior of the four abutments, traditional supported abutment, monolithic abutment and monolithic abutment with reinforced earth, are improved in turn. Compared with the monolithic abutment with a thickness of 1m m, the displacement of the abutment is not increased, and the natural vibration frequency is not changed. The bending moment is significantly reduced and the reinforcement required is obviously reduced. When the abutment thickness is small or the height is larger, the reinforced earth integral abutment has significant advantages. (4) the parameter analysis of the reinforced earth integral abutment shows that the reinforced soil can significantly reduce the bending moment and displacement of abutment when the abutment height is higher; When the stiffness and length of steel bar exceed a certain value, the improvement of abutment seismic performance is not helpful, and the interval between layers of reinforcement material has little effect on the seismic response of abutment. (5) the optimization design is carried out to solve the catastrophe problem of surface residual settlement. The results show that the arrangement of steel bars with large upper length and small lower length can solve the problem of ground subsidence catastrophe behind abutment.
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U442.55

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本文編號：2134077