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近场地震下RC梁式桥抗震设计几个关键问题的研究

作　者: 慎丹
导　师: 江辉
学　校: 北京交通大学
专　业: 城市轨道工程
关键词: 桥梁近断层地震峰值衰减规律设计谱抗震性能滞回耗能分布
分类号: U442.55
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

近断层效应是近年来工程结构抗震领域研究的热点问题。由于其具有不同于远场地震动的显著特征,靠近活动断层基础设施的地震风险要明显高于其它区域,但是,迄今为止还没有形成系统的考虑近断层地震动影响的结构抗震设计方法。由于结构对地震作用的抵御在本质上是地震输入能量的消耗过程,以能量为指标对结构进行设计和评估,可以更有效的反映地震动的峰值、频谱、持时等三要素对结构破坏的综合影响,而国内对于这方面的研究还主要集中在建筑结构方面,对于桥梁结构的研究仍相当薄弱。因此,本文针对目前我国桥梁结构抗震设计中存在的不足,对近断层地震动的峰值衰减关系和设计反应谱进行了研究；以某靠近活动断层的连续梁桥为例,分析了此类地震下桥梁的抗震性能；并建立桥梁等效单墩模型,考察了滞回耗能在不同因素影响下的分布规律。本文的主要研究工作如下：1.基于搜集到的包括中国“5.12”汶川地震在内的全球范围内23次主要地震事件中的506条近断层地震动记录,引入考虑震级和断层距影响的地震动衰减模型,采用最小二乘法对峰值加速度、峰值速度以及峰值位移进行了回归分析,提出了适用于近断层区域的地震动峰值衰减关系。与其他学者所建议衰减关系的对比表明,本文模型可更准确地揭示近断层区域地震动峰值的衰减规律。2.根据所建立的近断层地震动数据库,对既有规范设计反应谱进行了近断层地震动实际记录的反应谱检验,在现行《公路桥梁抗震设计细则》设计谱的基础上,引入近断层系数κ、衰减系数c分别对反应谱加速度敏感区平台段高度和长周期段衰减速率进行调整,并对特征周期Tg的取值进行了修正,提出了适用于近断层区域的水平向动力放大系数谱,可供我国规范修编参考。3.为研究近断层地震动作用下桥梁结构的响应特征,以某RC连续梁桥为例,建立全桥弹塑性有限元分析模型,选择符合场地特征的9条地震动记录和人工地震波,以及规范设计谱和本文所提出的近断层建议谱,分别采用非线性动力时程方法和反应谱法对全桥进行两个水准下的抗震性能研究,计算结果表明强脉冲地震动下结构的响应明显增大,桥梁支座破损严重,是桥梁结构中最薄弱的环节,且现行《公路桥梁抗震设计细则》抗剪验算公式存在明显不足。4.建立桥梁结构的等效单墩弹塑性模型,考虑地震动三要素(峰值、频谱、持时)的影响,分析了在强震作用下滞回耗能分布的变化规律。结果表明,滞回耗能主要集中在桥墩底部区域和墩顶支座处,在结构竖向为下大上小的分布规律,墩底产生的滞回耗能最大。同时,地震动三要素对滞回耗能的分布有重要影响,随地震动峰值、有效持时的增加,墩底截面和桥梁支座滞回耗能相应增大,并扩大塑性区域范围；由于类共振效应的作用,频谱特性的影响主要体现在和卓越周期相接近的结构。

近场地震下RC梁式桥抗震设计几个关键问题的研究

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