高烈度区环形矮塔斜拉桥抗震性能分析

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新世纪以来,我国桥梁建设发展迅速,大跨桥梁设计和施工实力不断提升,桥梁结构类型多种多样,各类异形桥塔的使用丰富了桥梁体系的外观,受力性能也与常规桥梁存在差别。柳东大桥采用国内首例钢筋混凝土预应力环形塔柱,与其他常见索塔风格迥异,同时,塔梁固结体系设置大吨位摩擦摆支座进行减隔震设计,桥梁结构处于高烈度地区下的地震响应值得进一步探究,本文对于环形矮塔斜拉桥的抗震分析做出如下研究:1.采用Midas Civil软件建立柳东大桥东西侧主桥和中央主桥计算模型,合理模拟桥梁主体结构、非线性连接及桩土效应,考虑相邻引桥桥跨作为主桥结构的边界条件,并对主桥进行静动力特性分析。2.采用反应谱法与时程分析法对主桥结构进行E1频遇地震作用下的二维地震响应分析,地震考虑纵+竖方向、横+竖方向输入,得出各地震方向下的桥梁体系响应特征,反应谱法与时程分析法计算结果趋势相同,数值接近。3.对主桥结构进行E2罕遇地震作用下的抗震性能分析,考虑地震输入组合方向为横+竖方向、纵+竖方向以及三向地震,通过支座栓钉验算判定减隔震支座的工作状况,重点关注了环形桥塔、主墩、交界墩、桩基础的抗弯、抗剪能力以及减隔震支座的变形能力。结果表明E2罕遇地震作用下环塔、主墩及桩基础皆未屈服,主桥结构处于弹性阶段,支座满足变形和剪力需求。同时,通过研究不同墩梁约束体系的主墩主塔受力情况,得出在高烈度区环形矮塔斜拉桥采用减隔震设计的合理性,结果表明摩擦摆支座表现出高效的减隔震性能。4.为研究环形桥塔结构的抗震特性,比较不同类型桥塔对于矮塔斜拉桥的抗震性能影响。本文建立门式桥塔、双柱式桥塔、椭圆拱塔、环形桥塔的对比模型,并开展四类塔型工况的静动力特性分析和横桥向抗震性能分析,结果表明四组模型自振特性类似,桥塔结构对矮塔斜拉桥整体动力特性影响较小,环形桥塔与椭圆拱塔地震响应相近,塔底恒载内力明显,地震弯矩相对较小。5.为研究塔部预应力钢束对环塔正常工作性能和抗震性能的影响,通过设置不同环塔预应力的布置方案进行计算分析。得出设置预应力可提高环塔的整体性能,明显抵消环塔在塔底所产生的恒载拉应力,同时预应力的增设会使得环塔轴力得到增加,增强地震作用下塔底截面的抗弯能力,避免产生塔底拉应力裂缝,总体而言,预应力混凝土环形桥塔表现了较好的整体刚度和抗震性能。
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