高速铁路矮塔斜拉桥减隔震措施研究

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近年来,随着经济的迅速增长,我国的交通事业得到了蓬勃发展,桥梁结构的形式日新月异,特别是铁路桥的形式不再只是简单的简支梁形式,各种新型桥梁也逐渐步入人们的视野。作为一种新型的桥梁结构,矮塔斜拉桥受到了较为广泛的关注和应用,但其运用于铁路桥梁的工程实例较少,对其抗震及减隔震措施的研究更是处在起步阶段。铁路是发生震害时的生命线工程,其抗震性能显得极为重要,因而对铁路桥梁的抗震及减隔震研究一直是结构动力安全研究的重要内容。对铁路矮塔斜拉桥进行抗震及减隔震措施研究,可为同类桥型的减隔震设计提供参考和借鉴,具有十分重要的工程意义。本文以某高速铁路矮塔斜拉桥为工程背景,采用有限元计算软件MIDAS建立全桥有限元模型,对其结构基本动力特性以及地震响应进行分析;结合铁路桥梁的抗震要求,对结构进行减隔震设计;并对减隔震效果进行分析评价。主要工作及结论有:(1)查阅相关文献,了解桥梁减隔震技术的研究及应用现状,掌握矮塔斜拉桥的结构特点,熟悉矮塔斜拉桥的发展及研究现状,为矮塔斜拉桥的减隔震措施研究提供理论基础。(2)采用通用有限元计算软件MIDAS建立某高速铁路矮塔斜拉桥的动力分析有限元模型,考虑刚性地基及弹性地基的影响,对其自振特性进行对比研究,提取并分析其各阶振型模态,为结构的地震响应分析做基本准备。(3)采用反应谱法以及动力时程分析的方法,计算某高速铁路矮塔斜拉桥的地震响应,并对其计算结果进行对比分析,得出时程分析的位移值大于反应谱的计算结果,同时得到桥梁的关键部位的位移及内力值,结合铁路桥梁对正常运营以及地震时位移要求特点,为下面的减震、隔震的设计提供数据支持。(4)采用位移限值的方法,进行减隔震措施设计,设计了铅芯橡胶支座和粘弹性消能器两种减隔震措施,分别将所设计两种减隔震支座的参数输入有限元模型中,进行地震时的动力时程分析,得出桥梁主要部位在两种方式下的位移、内力以及支座自身在地震时的反应,并检算正常运营时桥梁的位移值。(5)将两种减隔震措施分别与未设减隔震措施的动力时程计算结果进行对比分析得出:分别采取这两种减隔震措施后,发生地震时,固定墩的位移值、内力值明显降低,活动墩与固定墩共同承担主梁传来的力;主梁内力值减小,位移值因支座变形而增加,但位移最大值仍在铁路桥梁地震时要求的范围内。说明本文所设计的两种减震方式在满足桥梁正常运营情况下,增大了桥梁的阻尼,延长了自振周期,在地震时能对桥梁起到很好的保护作用。
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