连续梁桥锁死销减震机理及关键技术研究

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连续梁桥为满足温度荷载引起的变形需求,一般只设一个固定墩,这致使在地震作用下上部结构的纵向地震荷载只由固定墩承担,这极易引起固定墩和伸缩缝破坏,甚至造成引桥落梁。针对这一问题,提出利用活动墩的抗震潜能,协同固定墩共同承受地震作用的思想,研发了一种以地震动加速度激活的锁死销装置,通过在墩梁间设置锁死销实现在地震时限制活动墩和梁体的相对位移,使活动墩和固定墩协同受力,提高连续梁桥的整体抗震性能。  主要研究工作与认识如下:  1、总结了国内外多座桥梁的震害事例、分析了震害事例中的各桥型震害比例,归纳了连续梁桥震害表征,特别分析了连续梁桥易遭受地震损伤破坏的因素:梁墩位移过大、梁间碰撞、墩台损伤和地震预测精确度,并在分析归纳既有连续梁桥减隔震技术原理基础上,指出利用既有减隔震技术进行连续梁桥减震无法改变固定墩单独受力、相对位移过大等现象。  2、结合连续梁桥减隔震技术现状,为充分发挥连续梁桥活动墩既有抗震潜能,提出一种加速度激活的锁死销减震装置,研究了其作用原理和分析模型,开发了可有条件激活的锁死销力学单元,并利用所开发锁死销力学单元构建了连续梁桥锁死销体系动力学分析模型,以某七跨连续梁桥为研究对象,基于典型地震波进行有限元仿真分析,揭示了连续梁桥锁死销体系减震效果和减震机理,并对锁死销激活阈值、连接刚度、阻尼系数和锁死间隙对连续梁桥地震响应的影响进行了参数分析,明确了锁死销参数取值与减震效果的一般规律。  3、为验证连续梁桥锁死销体系动力学模型及锁死销作用机理的合理性,基于相似原理,按照1∶25的几何相似比制作了一座3跨连续梁桥,利用振动台进行了连续梁桥水平纵向加载试验。通过振动台试验得到不同工况作用下,模型桥梁固定墩、活动墩墩底及梁、墩位移的地震响应,利用试验数据分析了模型桥梁利用锁死销减震的可行性和有效性,并将试验结果与采用振动台实测地震波加载作用下的仿真分析结果进行了对比验证分析,明确了连续梁桥锁死销体系动力学模型的合理性。  4、为明确连续梁桥锁死销体系的适用性,鉴于连续梁桥结构形式多样,研究了锁死销应用于不同墩高、不同跨数连续梁桥的减震效果;考虑连续梁桥桥址地质构造不同,研究了不同场地条件、行波效应和温度变化对连续梁桥锁死销减震性能的影响。通过上述研究,初步明确连续梁桥锁死销减震具有良好的工程环境适用性。  5、鉴于连续梁桥锁死销体系减震性能受到加速度激活阈值、锁死销连接刚度、单元阻尼系数和锁死间隙等装置参数及桥墩高度、跨数、场地类型、行波效应及温度变化等环境参数的影响,为探求各因素影响连续梁桥减震效果的主次顺序,通过正交试验设计对各主要因素影响减震效果的显著性进行了分析,结合锁死销工程应用分析,分析了第1显著影响因素激活阈值和第2显著影响因素连接刚度的取值原则,并对锁死销布设数量、布设位置及考虑温度变化的锁死销优化技术进行了研究。  6、基于锁死销发挥锁死作用后,各墩根据“刚度分配”的原则分担上部结构纵向水平地震荷载的现状,为明确各墩抗侧移刚度不同情况下,连续梁桥锁死销减震的地震荷载分配策略,研究了调整各墩组和刚度和设置锁死销摩擦层滑移承载力2种方法对连续梁桥减震性能的影响,并在上述研究基础上提出了连续梁桥锁死销减震应用的设计方法。
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