深水隔震桥梁的地震反应分析及抗震性能研究

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1、摘要摘要近些年来，我国修建了大量的跨江、近海及西部库区的深水桥梁。在地震作用下，桥墩的水下部分和周围水体之间的相互作用(动水压力)不仅会改变桥梁的动力特性，还会增大其地震反应，而波浪是深水桥梁下部结构设计的常荷载之一。目前，国内外对地震作用下深水隔震桥梁的地震反应和抗震性能尚缺乏深入的研究。本文以深水隔震桥梁为主要对象，对地震作用下隔震桥梁地震反应特点及地震动水压力和波浪效应共同作用下隔震桥梁的抗震性能进行了较为深入的研究，为深水隔震桥梁的基于性能的抗震设计及抗震加固方案的选取提供理论探索，具有重要的工程意义。本文的主要研究内容及结论包括：1.在查阅大量国外文献的基础上，综述了地

2、震动水压力、波浪效应及桥梁结构抗震性能评估及地震易损性分析的国内外研究现状，形成了本文的研究框架和思路。2.基于辐射波浪理论和Morison方程分别求解地震动水压力和波浪效应对桥墩的作用，建立了能够同时考虑动水压力和波浪作用的桥梁动力平衡方程；通过有限元分析，对非隔震桥梁和隔震桥梁两种结构体系的自振频率及地震反应在考虑动水压力作用与不考虑动水压力作用下的影响程度进行对比分析，然后在考虑动水压力作用下探讨了这两种桥梁结构体系对波浪效应的敏感性，并对隔震桥梁的减震效果进行了分析。研究表明：动水压力改变了桥梁的动力特性，增大了桥梁的地震反应；波浪效应对桥梁的地震反应有可能增大也有可能减

3、小，相对动水压力而言波浪影响较小；无论是从桥梁结构的各阶频率，还是地震反应来看，非隔震桥梁结构体系较隔震桥梁结构体系对动水压力和波浪的反应都更为敏感。由此得出：在有水区域，隔震桥梁结构体系抗震性能优势更明显。3.考虑地震动水压力和波浪效应的共同作用，建立了隔震桥梁结构的弹塑性有限元分析模型，从太平洋地震研究中心(PEER)的数据库中选取17条天然地震波记录对其进行了IDA分析，形成了该桥梁结构的抗震性能评估曲线，对该桥梁进行了抗震性能评估。分析得出，基于IDA的抗震性能评估曲线不仅能够清楚地反映出隔震桥梁在可能遇到不同强度地震下的损伤状况，也能够结合结构所定义的极限状态评估出结构

4、能够抵抗地震等级的大小；无论是桥墩还是支座在17条天然波作用下IDA曲线都表明，随着地震动加速度峰值的增加，各曲线的离散程度愈明显；通过对桥梁支座和桥墩抗震性能的评估显示，铅芯橡胶支座在加速度峰值0.1g左右时开始进入屈服阶段耗散地震能量；但与桥墩相比，支座是桥梁设计过程中的薄弱环节，更容易在地震中遭受破坏。4.以深水隔震桥梁的IDA分析数据为基础，利用IDA法形成桥墩、支座及桥梁系统主的地震易损性曲线，根据形成的桥墩、支座及桥梁系统的易损性曲线对其在不同地I广州大学硕士学位论文震强度下发生不同程度破坏的概率进行评估。研究表明，桥墩从轻微破坏到倒塌破坏表现出了较好的延性，使桥墩发

5、生倒塌破坏的概率有大幅度的降低，该桥墩具有较好的抗震性能；由于支座型号以及在结构中所处位置的不同，使得边墩支座(LRB800)的抗震性能要比中墩支座(LRB1600)的抗震能力要差；桥梁系统作为一个整体比桥墩构件在地震作用下更易遭受损坏。关键词：隔震桥梁；地震反应；动水压力；波浪效应；抗震性能评估；增量动力分析；地震易损性分析IIAbstractAbstractInrecentdecades,alargenumberofdeep-waterbridgeshavebeenconstructedinChina,includedcross-riverbridge,coastalbrid

6、geandthebridgeinwesternreservoir.Underearthquakeexcitation,theinteractionbetweenthebridgepiersindeepwaterandthesurroundingwaterbodies(hydrodynamicpressure)willaffectthedynamiccharacteristicsandthedynamicresponseofthebridgestructure.Intheearthquake,andwaveactionsisoneofconstantloadindeepwaterb

7、ridgesubstructuredesign.Currently,thereisstillalackoffuetherresearchaboutseismicresponseandseismicperformanceofdeep-water.Theisolationbridgeismainstudyobjectinthispaper,thecharacteristicsofisolatedbridgeseismicresponseandtheseismicperformance