【摘要】：研究目的:近斷層地震動(dòng)的加速度峰值(PGA)、速度脈沖等特征與遠(yuǎn)場(chǎng)地震有較大差異,對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的破壞力更大。因此,為獲得鐵路連續(xù)剛構(gòu)橋在近斷層地震作用下的響應(yīng)特點(diǎn)與破壞形式,以指導(dǎo)川藏鐵路等近斷層鐵路橋梁的設(shè)計(jì),本文以川藏鐵路采用的典型連續(xù)剛構(gòu)橋?yàn)閷?duì)象,利用FRAME(3D)軟件建立全橋有限元分析模型,開(kāi)展鐵路連續(xù)剛構(gòu)橋近斷層地震響應(yīng)分析與破壞形式研究。研究結(jié)論:(1)有能量脈沖的、長(zhǎng)周期成分豐富的近斷層地震動(dòng)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的破壞較遠(yuǎn)場(chǎng)地震更嚴(yán)重;(2)橋墩損傷程度與PGV/PGA的關(guān)系明顯,其比值越大,破壞越嚴(yán)重,可將PGV/PGA作為判斷地震動(dòng)是否對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重破壞的重要指標(biāo);近斷層地震動(dòng)中,PGV/PGA0.2 s出現(xiàn)的比例高,橋墩損傷嚴(yán)重;(3)連續(xù)剛構(gòu)橋在地震作用下的損傷主要集中在墩底、墩頂或系梁部位;(4)近斷層橋梁結(jié)構(gòu)抗震中,既要考慮斷層地震脈沖式大功率輸入的因素,又要考慮高強(qiáng)低周疲勞效應(yīng)的累積損傷;(5)本研究成果可為近斷層鐵路連續(xù)剛構(gòu)橋的設(shè)計(jì)建造與抗震設(shè)防提供技術(shù)支撐。
【圖文】：

限元軟件進(jìn)行地震響應(yīng)的非線(xiàn)性分析。橋梁的非線(xiàn)性通過(guò)纖維單元模型來(lái)模擬。在纖維單元中，每個(gè)構(gòu)件沿其縱向被分割成若干個(gè)單元，而每個(gè)單元的特性由橫斷面來(lái)代表，其橫斷面又被進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分割形成若干纖維束，各纖維束可以選擇不同的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。在計(jì)算時(shí)，根據(jù)相應(yīng)纖維材料的單軸應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系建立各自的柔度方程，再通過(guò)一定算法轉(zhuǎn)化為通用的有限元方程來(lái)計(jì)算整個(gè)構(gòu)件截面的力和變形的非線(xiàn)性關(guān)系。根據(jù)橋墩鋼筋混凝土構(gòu)件的受力特點(diǎn)，將保護(hù)層混凝土、核心混凝土和鋼筋分別賦予不同的非線(xiàn)性應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系，，如圖1所示。圖1橋墩鋼筋混凝土纖維單元示意圖纖維單元中混凝土分別采用星隈(Hoshikuma)無(wú)約束與約束混凝土模型，滯回關(guān)系采用Sakai/Kawashima模型;鋼筋采用三折線(xiàn)模型，滯回關(guān)系選用修正MP(S－K)模型，并根據(jù)規(guī)范確定相應(yīng)材料參數(shù)。材料滯回曲線(xiàn)如圖2所示。第6期曾永平陳克堅(jiān)李光川等:鐵路連續(xù)剛構(gòu)橋近斷層地震響應(yīng)分析研究51

圖2材料滯回曲線(xiàn)根據(jù)上述纖維模型，將橋墩截面詳細(xì)劃分，示意如圖3所示，圖中實(shí)心圓點(diǎn)代表墩柱豎向鋼筋，鋼筋至截面表面為保護(hù)層混凝土，不考慮箍筋約束作用，鋼筋層內(nèi)部為核心混凝土，需考慮箍筋的約束作用。圖3橋墩纖維截面2．3有限元分析模型根據(jù)橋梁構(gòu)造與材料模型建立全橋的空間非線(xiàn)性地震響應(yīng)分析模型，如圖4所示。其中箱形主梁采用空間彈性梁?jiǎn)卧M，橋墩混凝土和鋼筋均采用纖維單元模擬。圖4全橋有限元模型為避免難以修復(fù)的基礎(chǔ)在地震中破壞，通常將基礎(chǔ)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)的足夠大。因此，為便于比較，本研究假定樁基不發(fā)生破壞，將墩底約束處理為固結(jié)。支座為普通鋼支座，縱橋向自由運(yùn)動(dòng)，并考慮梁端與橋臺(tái)的碰撞效應(yīng)［4］，橫橋向用雙折線(xiàn)模擬，平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，其余轉(zhuǎn)動(dòng)約束用線(xiàn)性彈簧模擬［5］。2．4地震波選取為獲得鐵路連續(xù)剛構(gòu)橋在近斷層地震作用下的響應(yīng)，并方便與遠(yuǎn)場(chǎng)地震響應(yīng)進(jìn)行對(duì)比，本次研究將按照以下四點(diǎn)原則選用地震波［3，6－8］:一是，有速度脈沖，且兼顧單向和雙向脈沖。二是，PGV/PGA覆蓋范圍較大。三是，選擇同一次地震中記錄的地震波進(jìn)行對(duì)比分析，可以避免由不同發(fā)震機(jī)理、地表破裂形式、破裂速度等因素造成的影響。四是，斷層距在0～20km內(nèi)離散分布，但同時(shí)也選用一定的遠(yuǎn)場(chǎng)地震波進(jìn)行比較分析。根據(jù)上述原則選擇了10條來(lái)自1999年9月21日臺(tái)灣集集地震的加速度記錄，相關(guān)參數(shù)如表1所示。10條地震記錄中，有8條地震記錄斷層距小于20km，且斷層距分布較均勻。表1選擇的地震波記錄參數(shù)序號(hào)臺(tái)站名斷層距/kmPGA/gPGV/(cm/s)PGV/PGA/s1TCU0680．30．452185．50．4192TCU1021．50．18856．10．3043TCU1012．10．16955．00．3324TCU1036．10．13164．40．5025

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本文編號(hào)：2583693