【摘要】：隨著我國經(jīng)濟發(fā)展及交通需求,跨海、跨江等深水橋梁不斷涌現(xiàn)。由于墩體位于深水中,地震激勵下水-橋墩存在動力相互作用,產(chǎn)生的動水壓力將影響橋墩的動力特性及地震響應。地震激勵下,傳統(tǒng)深水鋼筋混凝土橋墩易發(fā)生脆性破壞,且難以修復;而鋼管混凝土組合橋墩由于承載力高、延性好等優(yōu)點,逐漸應用于橋梁中,對于提高深水橋梁的安全性具有重要意義。因此,本文對深水組合橋墩地震響應及抗震性能、墩水耦合簡化分析方法適用性進行研究,主要研究工作和創(chuàng)新成果如下:(1)分析了動水壓力對不同類型橋墩地震響應的影響。以鋼筋混凝土橋墩、鋼管混凝土組合橋墩、中空夾層鋼管混凝土組合橋墩為研究對象,對不同水深下橋墩進行模態(tài)分析。并通過流固耦合數(shù)值分析方法,考慮地震波類型、水深等因素,對深水橋墩進行地震響應分析。結(jié)果表明有水時橋墩各階自振頻率均降低,且降低幅度隨著水深的增加而增大,橋墩高階頻率受水的影響程度更大。動水壓力增大了橋墩地震響應,橋墩剛度越小,自重越輕,其地震響應受水的影響更大。多遇地震下,實心橋墩水深與墩高比超過0.6時,或空心橋墩水深與墩高比超過0.4時,動水壓力對地震響應的影響幅度超10%,不可忽視。(2)分析了強震作用下深水組合橋墩彈塑性非線性動力時程特性,及Morison方程附加質(zhì)量法在深水組合橋墩彈塑性分析中的適用性。分別采用流固耦合數(shù)值法及Morison方程附加質(zhì)量法對不同長細比、不同水深的組合橋墩進行分析及比較。結(jié)果表明:長細比越大,Morison方程精度越高。當長細比大于53時,基于Morison方程的附加質(zhì)量法的誤差在10%以內(nèi),可滿足精度要求。水深的變化對Morison法精度影響較小。(3)分析了動水壓力對實心鋼管混凝土組合橋墩及中空夾層鋼管混凝土組合橋墩抗震性能的影響。建立基于Morison附加質(zhì)量法的半解析半數(shù)值法有限元模型,選取遠場地震及近場地震,分別對無水、有水工況下的實心鋼管混凝土組合橋墩和中空夾層鋼管混凝土組合橋墩進行IDA分析。研究表明:橋墩在水中振動時更易破壞,有水時橋墩達到極限位移角所對應的地震動峰值加速度要比無水時低0.1g~0.2g。近場地震作用下,橋墩的位移角更大,且受動水壓力的影響更大。相比于實心橋墩,自重較輕的空心橋墩在無水條件下地震響應更小,但由于其更易受到動水壓力的影響,在有水條件下其與實心橋墩的地震響應相似。
【圖文】：

跨海大橋、膠州灣跨海大橋、東海大橋、杭州灣跨海大橋等，，如圖 1-1 所示。其中港珠澳跨海大橋的主橋更是長達 22.9 公里。跨海大橋往往處于復雜的深水環(huán)境中，以港珠澳大橋為例，其所經(jīng)海域水深 7 米至 20 米，有 190 個橋墩的承臺位于海床面以下，屬于深水橋墩，這對橋墩的設(shè)計與施工都提出了更高的要求。此外，我國地處環(huán)太平洋地震帶和亞歐地震帶交匯處，渤海海峽、臺灣海峽等均處于強震活躍區(qū)，橋墩作為跨海大橋下部主要抗震構(gòu)件，地震對其影響不容小覷。（a）港珠澳跨海大橋 （b）膠州灣跨海大橋

（a）小魚洞鎮(zhèn)大橋橋墩倒塌 （b）廟子坪大橋墩身水下裂縫圖 1-2 汶川地震深水橋梁破壞傳統(tǒng)的鋼筋混凝土橋墩往往因強度低、延性差等原因而發(fā)生破壞，引起橋梁的破壞甚至倒塌。且對于深水橋墩，地震作用下水下墩身發(fā)生破壞后修復困難而鋼管混凝土結(jié)構(gòu)由于結(jié)合了混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，具有承載力高、延性好、施工方便等優(yōu)點，逐漸被應用于橋墩結(jié)構(gòu)。1995 年日本阪神地震后，大量鋼筋混凝土橋墩破壞嚴重。日本研究人員將鋼管混凝土結(jié)構(gòu)應用于橋墩中，表現(xiàn)出
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U443.22;U442.55

【參考文獻】

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本文編號：2635161