断层走向对连续刚构桥地震反应影响研究

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我国西部地区地形以山区为主,地震活断层分布广泛。为适应多山及多峡谷特点,建设了较多连续刚构桥并且临近地震活断层。具有向前方向性效应的近断层地震动含有速度脉冲且在历史上造成了较严重的桥梁破坏。近断层地震动显著脉冲并不仅仅发生在垂直断层方向,而且会出现在一定角度范围内。目前国内桥梁抗震分析尚未考虑地震活断层走向影响,或者说尚缺少足够的认识,因此本文结合工程实际,进行了近断层地震动作用下断层走向对连续刚构桥地震反应的影响研究。主要工作进展如下:(1)介绍课题研究背景,简要阐述近断层地震动的特点及国内外相关地震动输入角度对结构反应的影响研究现状,强调了目前的研究更多考虑了震源方向不确定性的问题,而不是断层走向影响,尽管二者有很强的相关性。(2)利用Midas Civil软件建立了4座墩高分别为126 m、63 m、58 m和22 m的大跨度连续刚构桥空间有限元模型,并对结构进行自振特性分析。依据美国太平洋地震工程中心为交通设施抗震研究提供的地震波数据库,选取场地条件相近的10组近断层地震动记录作为输入地震波,对4座桥梁进行了线弹性时程分析,并对其中2座桥梁进行了考虑桥墩塑性的弹塑性时程分析。(3)分析在近断层双/三向地震动作用下,断层走向与桥梁纵桥向夹角对连续刚构桥地震反应的影响。结果表明:在近断层地震动双/三向输入下,无论是结构的弹性反应,还是弹塑性反应,桥梁主墩及主梁的纵桥向地震反应约在75°-135°夹角范围内最大,而横桥向最大地震反应则发生在0°-30°或120°-180°之间;若不考虑断层走向与桥梁纵桥向之间的夹角则存在低估桥梁地震反应的可能,低估误差为15%-40%。就上述结论尚未获知墩高和跨数影响的明确规律;在桥墩塑性反应条件下,输入加速度峰值PGA对上述认知也几乎没有影响。(4)分析近断层竖向地震动对连续刚构桥地震反应的影响,并与仅考虑水平双向地震输入时的地震反应作对比。结果表明:在结构线弹性反应条件下,竖向地震动对主梁竖向弯矩响应的影响较大,特别是主墩和边跨的交界处,增大比例可达2倍及以上。无论桥墩弹性或塑性,输入的竖向地震动对桥墩的地震反应影响都比较小。
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