近斷層地震作用下高架橋地震反應及其減隔震控制研究

《近斷層地震作用下高架橋地震反應及其減隔震控制研究》是依託哈爾濱工業大學，由孫航擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：近斷層地震作用下高架橋地震反應及其減隔震控制研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：孫航

項目摘要

近幾十年來的幾次大地震中，近斷層地震記錄的增多使此類地震動的特性也越來越被科研者所認識；目前高架橋抗震設計主要是基於現行規範中的遠場地震動輸入，而在幾次近斷層地震中卻遭到嚴重破壞，甚至有些高架橋進行了隔震設計也在近斷層地震中發生了嚴重的損傷；交通事業的飛速發展使得高架橋不可避免的會處於斷層附近，所以研究近斷層地震下的高架橋地震反應規律並對其進行減隔震控制進行研究值得深入。本項目將立足國內外研究成果，選取典型高架橋進行大比例縮尺模型的模擬地震振動台台陣試驗和橋樑原型結構的理論分析與數值模擬，對空間近斷層地震動作用下高架橋的動力反應特點、破壞形式和破壞機理進行深入的理論分析和實驗研究，在此基礎上開發新型適合提高高架橋在近斷層地震中的抗震性能的減隔震裝置。本項目研究成果將為近斷層地震作用下提高高架橋的抗震性能並採取有效的抗震對策奠定一定的基礎，並為有關橋樑抗震設計規範的修訂和完善提供科學的依據。

結題摘要

採用MIDAS及ANSYS等大型有限元軟體，基於塑性鉸理論使用纖維梁單元模擬橋墩的非線性滯回曲線模型，分別採用板式橡膠支座、盆式橡膠支座以及新型MREs智慧型支座，比較了不同地震動激勵輸入方式下的結構反應及破壞形式。並著重對比分析了近斷層地震激勵輸入下高架連續梁橋的振動回響特點，發現與非近斷層地震動輸入相比，縱向振型頻率與近斷層地震的卓越頻率接近的高架連續梁橋，其在近斷層地震輸入下結構回響明顯增大，尤其在縱向輸入下固定墩內力更大，結構更易發生梁端碰撞和落梁等破壞現象。因此對於橋墩較高或一聯跨數較多的連續梁橋，其在近斷層地震激勵下的結構回響分析及抗震設計需引起重視。基於實際工程的一座四跨高架連續梁橋，進行大比例尺模型設計及振動台台陣試驗，由此觀察近斷層地震動激勵下高架連續梁橋的地震動回響規律，具有一定的試驗參考意義。為降低近斷層地震作用下高架連續梁橋的地震反應，分別採用了盆式橡膠支座和板式橡膠支座，並選取了兩種地震波作為輸入激勵，對比分析了兩種支座情況下的結構地震回響結果，固定墩根部的內力值均有所減小，彎矩值最大下降29.5%，剪力值最大下降了18.2%，可見橋墩的受力更為合理和平均，從而提高了連續梁橋的抗震能力。最後提出一種基於碳納米管加強的新型MREs智慧型支座裝置，兼具傳統支座和lock-up裝置的功能，又具有較高的耗能能力，在同一地震激勵輸入下，梁端位移降低了50%，固定墩和滑動墩的剪力及彎矩分配更為均衡，從而提高了安全係數和抗震能力。當然同lock-up裝置類似，該智慧型支座的使用也應滿足一定的條件，即結構體系改變後，連續梁橋的自振頻率仍在地震波反應譜的長周期段，而不是進入到地震波反應譜的直線段。