【摘要】：世界范圍內(nèi)每年發(fā)生大約150到200次7級以上震級的破壞性地震,造成了相關(guān)國家巨大的人員和財產(chǎn)損失。由于地震發(fā)生的復(fù)雜性和地震預(yù)測方面存在的困難,現(xiàn)代城市基礎(chǔ)設(shè)施的安全需要高效的和不斷創(chuàng)新的地震防護系統(tǒng)來保證。人行橋作為現(xiàn)代城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分,不僅能夠大大減緩交通壓力,便于行人安全,有時也是人們休閑與觀察城市的窗口;人行天橋一般情況下設(shè)置在重要的交通樞紐路口,以緩解人流、車流交織引起的交通擁堵,有時也常作為一種景觀結(jié)構(gòu),在一些城市休閑公園中隨處可見。由于這類橋梁結(jié)構(gòu)簡單,設(shè)計及施工較為簡便,所以其結(jié)構(gòu)形式更加多種多樣,常見有簡支梁橋,連續(xù)梁橋,彎橋,斜拉橋等結(jié)構(gòu)形式,常用的材料主要包括混凝土和鋼材。人行天橋是橋梁工程的重要組成部分,雖然其震害對災(zāi)后行人的通行影響很小,但一旦發(fā)生落梁或坍塌,將嚴重阻礙其跨越的城市交通主干道和快速路的救援通行,威脅城市生命線工程。目前對人行天橋的研究主要集中在車輛或行人經(jīng)過時天橋的振動性以及人行天橋上行人的舒適性等方面,但在對人行天橋的抗震問題上未能引起足夠的重視。人行天橋的結(jié)構(gòu)形式多變,針對人行天橋的抗震性能方面的研究成果還很少,尤其是人行斜拉天橋。本文以蘭州市某人行斜拉橋天橋為例,借助Midas Civil有限元分析軟件建立了該橋的空間有限元模型。全橋共劃分為135個單元,176個節(jié)點。主梁及橋墩、橋塔用梁單元模擬,斜拉索用桁架單元模擬,承臺底固接箱梁采用單箱三室截面該橋模型,對其進行了結(jié)構(gòu)靜力及抗震性能分析,本文主要工作包括:(1)查閱諸多有關(guān)地震災(zāi)害和橋梁,尤其是人行天橋的震害資料,歸納總結(jié)了人行天橋的發(fā)展及研究現(xiàn)狀,不同結(jié)構(gòu)型式人行橋的特點及其在地震發(fā)生時出現(xiàn)的震害。詳細介紹了目前最常用的兩種地震分析方法——反應(yīng)譜法和時程分析法用于橋梁抗震分析的流程。(2)借助有限元軟件MIDAS/CIVIL,采用Ritz向量迭代法計算其前60階模態(tài),結(jié)果表明:考慮49階振型時,三個方向的振型參與質(zhì)量均超過90%以上,滿足規(guī)范的計算精度要求。從振型圖可以看出,橋梁的前幾階振型為橫橋向振型,且在計入更多的高階振型后,振型參與質(zhì)量才能達到要求。該橋在一階豎向振型大于3.0Hz,滿足人行天橋的設(shè)計規(guī)范;應(yīng)用基于模態(tài)分析的彈性反應(yīng)譜法和動力時程法研究研究了背景橋梁的動力特性和地震反應(yīng)。反應(yīng)譜分析結(jié)果表明:跨中的橫橋向位移較大,彎矩最大的截面在塔底處,且在多遇或者罕遇情況下其橫橋向地震作用比順橋向大;靠近橋塔處的2號墩的地震作用比1號墩大,塔底和2墩墩底成為內(nèi)力控制截面,其截面尺寸的設(shè)計對結(jié)構(gòu)安全至關(guān)重要。采用擬合反應(yīng)譜的人工地震波作為輸入進行時程響應(yīng)分析,結(jié)果與反應(yīng)譜法分析結(jié)果頗為相近。(3)采用直接固結(jié)與“m”法兩種方法模擬樁土邊界條件,以考慮樁土相互作用對結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響。相比較而言,直接嵌固模型的各主梁、主塔、各墩頂截面內(nèi)力及各墩底截面的剪力總體上都略小于彈性模型,忽略樁土效應(yīng)計算的橋梁地震響應(yīng)結(jié)果偏于不安全。(4)建立了采用鉛芯橡膠支座作為減隔震裝置的人行天橋計算模型,并對該模型進行了動力時程反應(yīng)分析。設(shè)置鉛芯橡膠支座后,塔頂?shù)奈灰拼蠹s增大了5%左右,而兩個墩頂?shù)奈灰拼蠹s減小了25%左右,減隔震效果非常明顯;內(nèi)力的變化和位移的變化趨勢基本一致,在塔底的彎矩增大大約7%,墩底彎矩減小了大約33%。結(jié)果表明:鉛芯橡膠支座對本人行天橋橋塔的位移及內(nèi)力的減震效果不明顯,對墩頂位移及墩底彎矩的減震效果良好,且支座一直處于線彈性狀態(tài);
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U442.55;U448.11

【參考文獻】

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本文編號：2684923