深水高墩三线铁路连续刚构桥抗震分析

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1、深水高墩三线铁路连续刚构桥抗震分析第1章绪论1.1研究背景近年来，全球地震更是频频发生，2008-2013年全球重大地震见表1-1。其中，2008年的5.12汉川地震、2010年的海地地震、2011年的3.11大地震以及2014年的4.2智利大地震均造成了重大人员伤亡及经济损失。2008年泣川地震后调查显示，桥梁及城市基础设施的破坏比例是较大的，达到了21.9%，而且地震中，因道路、桥梁以及基础设施的破坏所造成的损失，达到了总损失的70%以上⑴。为了保证人员安全，抗震能力成为地震区结构需要满足的基本要求之一。同时，随着我国西部大开发政策逐步深

2、入实施，西部地区交通线路正在加强建设中，由于西部地区地势起伏较大，需要修建大量的山区桥梁。以典型的西部铁路线路成贵线为例子，全线桥隧占全长比例为79.2%，其中设險道193座、桥梁351座[2]。图1-1可以看出，我国西部历来就是地震高发区，具有分布密集，地震烈度高的特点。这就导致西部地区新规划交通线路不可避免进入地震高发区，抗震性能将成为影响山区桥梁安全的重要因素之一。西部地区地势起伏大，交通不便，为了满足施工及抗震需求，需要注重选定桥梁形式。常用的桥梁结构的形式较多，如斜拉桥、拱桥、连续刚构桥、梁式桥、悬索桥。为了满足抗震性能要求，较好的

3、桥型结构应外形简单、质量和刚度分布匀称、重心低、合理的地震作用传递路线以及构件与构件之间合理的连接方式[3]。连续刚构桥的结构形式非常符合以上特点，便捷的悬臂施工更能适应恶劣的山区施工条件，因此连续刚构桥成为深壑、峡谷中较常采用的桥梁结构。1.2动水压力研究和发展位于深水中的桥梁，桥壤在强震作用下会发生较大的振动，同时引起水的振动，水的振动又反作用于桥壤，从而改变桥墩的振动，墩水相互作用这一过程较复杂。当水处于静止状态中时，可以忽略作用较小的粘性效应，一般对结构与水之间的稱联振动的研究都基于将水当作无旋运动的理想流体进行处理。国内外学者对水-

4、结构动力相互作用的研究己经有较长的时间了，常用的方法有解析法、数值法以及混合法。其中，解析法以流体动力学为基础，把水与结构间的作用进行简化，建立水-结构的相互作用模型，得到相应的解析解。而数值解一般通过有限元实现，同时离散水与结构，通过有限元计算得到对应结果。混合法为解析法及数值法这两种方法的结合。解析法需要对结构做一系列相关的简化，相比其他两种方案，其计算量较小，求解简单，适合理论上的探讨。解析法主要包括特征函数扩展法和加权余量法。其中，对于加权余量法，若函数选择合适，较小的计算量就可以得到精度高且较为合理的结果。考虑水-结构相互作用时结构

5、的地震响应，假定结构在不可压缩流体中作刚体运动，韦斯特伽特（H.M.tF.研究了刚性圆柱体在水平地震作用下响应后得出，只有当结构接近或位于水的自由表面，且运动频率极低时，自由表面重力波才会对结构上的动水力有明显影响[15]。.第2章动水压力对结构的影响2.1桥梁简介正在规划的某跨深水水库桥梁为一座三线铁路桥梁，桥梁位于山区峡谷中，现场交通条件极为恶劣。该桥处于地震高烈度区，地震动峰值加速度为0.20g,为II类场地，桥式方案采用抗震性能较好、方便悬臂施工的连续刚构桥。孔跨布置为25m+62m+112m+62m+25m,总长286m(见图3-1

6、)。本桥位于隨道群地段桥，需考虑救援通道，因此两侧人行道宽度需按不小于2.3m设计，桥面布置三线铁路，梁体宽度较大，顶板宽度为19.9m。梁体截面为单箱双室截面，三腹板厚度一致，详细构造见图2-2。梁高高度变化为5?9m，按抛物线沿长度方向变化，顶板、底板及腹板厚度变化为均为0.5m-0.8m，梁体混凝土采用C55。小里程至大里程共布置4个桥壤，1#、4#为辅助壞，均为实心圆端形桥徵，1#徵高度为20m，4#壞高度为12m;2#、3#主壤均为矩形空心桥墩，2#壞高70m，3#填高55m,壤顶截面横桥向长度13.5m,壁厚0.8m,顺桥向长度8

7、m，壁厚Im，横桥向外部、内部长度分别以横向变坡1:20、1:40至壤底。主壤外侧配置直径为32mm的HRB400的普通纵向钢筋，钢筋分为三根一束，纵向钢筋间距为12.5cm;主墙内侧布置直径为28mm的HRB400的普通纵向钢筋，钢筋分为单根一束，间距为12.5cm;辅助徵钢筋为直径32mm的HRB400纵向普通钢筋，钢筋为单根一束，间距为12.5cm。2#桥堪构造图见图2-3。.2.2动水压力计算方法1950年Morison在文章中提出其著名的Morison方程，它是一种典型半解析半数值解法，由于其表达式清晰明了、建模容易实现、计算效率高

8、等特点，得到了广泛的推广。Morison方程针对小尺寸的物体，假定柱的尺寸与波长相比较小，方程中不考虑结构运动对水体的影响，也不考虑桥墩内域水对结构的影响，计算模型