【摘要】：本文在總結(jié)國內(nèi)外抗震研究成果及相關(guān)規(guī)范的基礎上，結(jié)合我國多層立交結(jié)構(gòu)建設實踐，采用多級設防思想和彈塑性纖維模型分析法，通過理論公式推導和有限元數(shù)值分析，對城市多層立交結(jié)構(gòu)的抗震設防水準、抗震性能水平和目標、塑性鉸、延性能力及抗震設計計算方法進行研究，主要完成以下工作： 以國內(nèi)外抗震研究成果及相關(guān)規(guī)范為基礎，考慮我國目前的經(jīng)濟狀況及與現(xiàn)行規(guī)范的銜接，通過分析歸納等方法，對城市多層立交結(jié)構(gòu)提出5級抗震設防水準，并給出每一等級下構(gòu)件災害狀態(tài)；將城市多層立交橋梁按照重要性分類，提出不同類型結(jié)構(gòu)的性能目標矩陣及抗震設防水準所對應的性能目標圖，方便在實際工程中參考應用。 采用有限元非線性時程分析方法，研究多層立交橋梁上下部結(jié)構(gòu)14種連接形式、豎向4種地震波荷載分量及4種阻尼比大小等因素對結(jié)構(gòu)自振特性、順橋向及橫橋向地震響應的影響，得出其地震力響應特征規(guī)律；結(jié)合實際工程經(jīng)驗公式及規(guī)范要求，從結(jié)構(gòu)振型取用、支座形式設置、伸縮量確定、墩柱彈性階段“雙控目標”的確定、阻尼比及豎向分量選取等6個方面對多層立交結(jié)構(gòu)動力響應進行分析，并給出抗震設計建議。 采用彈塑性纖維模型分析法，考慮動軸壓、主梁剛度及高階振型耦合效應的影響，研究多層立交橋梁主要構(gòu)件的塑性鉸出鉸順序、隨時間的發(fā)展變化、結(jié)構(gòu)耗能能力、塑性鉸轉(zhuǎn)角大小及時程變化、墩頂位移、截面實際破損狀態(tài)及破損狀態(tài)與其余指標的對應關(guān)系等。在此基礎上，通過理論分析，提出利用截面曲率作為多層立交結(jié)構(gòu)墩柱延性性能指標來定量描述截面破損狀態(tài)的方法。 基于常見的截面破損模型，結(jié)合多層立交結(jié)構(gòu)延性性能特征，根據(jù)平截面假定及力的平衡原理，推導了材料應變與曲率系數(shù)的關(guān)系公式；通過建立結(jié)構(gòu)抗震性能水準與曲率系數(shù)的聯(lián)系，推導了曲率系數(shù)與性能水準的定量關(guān)系公式；并提出利用曲率系數(shù)定量表示截面破損指標的方法；在此基礎上，進一步建立基于曲率延性系數(shù)的截面破損指標與性能水準關(guān)系公式。 采用前文推導公式以及幾何加權(quán)分配思想，將構(gòu)件截面破損指標進行權(quán)重分配，建立基于曲率延性系數(shù)的單個構(gòu)件及整體結(jié)構(gòu)損傷程度的模型，并利用此模型分析了多層立交結(jié)構(gòu)單個構(gòu)件及整體結(jié)構(gòu)延性性能。 在建立結(jié)構(gòu)整體破損指標的基礎上，提出基于曲率延性系數(shù)的結(jié)構(gòu)彈塑性階段設計方法及詳細流程；結(jié)合現(xiàn)行城市橋梁抗震規(guī)范，系統(tǒng)地提出一套基于性能的多層立交結(jié)構(gòu)抗震性能設計方法。
【圖文】：

地震造成的立交橋梁垮塌也導致了震后救災生命線破壞，從而延長了救援時間，并進一步加重了損失。因此，必須針對立交結(jié)構(gòu)的特點，對其在地震作用下的動力行為進行有效的控制，使結(jié)構(gòu)在地震作用下具有良好的抗震性能和安全度。多層交通或多層橋面的城市橋梁近年來備受青睞，此種結(jié)構(gòu)能解決空間受限問題，并能滿足與建筑結(jié)構(gòu)相互協(xié)調(diào)的特殊要求，更好地實現(xiàn)人、非、車的分流，并在有限的土地資源空間內(nèi)極大地提高城市交通的使用效率、改善橋梁通行條件。在美國，日本以及我國的北京、上海、重慶、西安、南昌和香港特區(qū)，均修建了雙層或多層高架橋。其中，我國已建成的多層立交橋梁主要有：上海修建的公鐵兩用雙層橋，頂層為公路橋，底層為鐵路橋，是我國最早的雙層立交橋，此橋采用連續(xù)結(jié)構(gòu)體系；重慶加氣站附近小半徑雙層立交，采用連續(xù)梁結(jié)構(gòu)體系，如圖 1.1；南京雨潤集團物流公司在西安草灘建成的三層立交橋梁，主要服務于物流廠區(qū)，采用固接結(jié)構(gòu)體系、簡支結(jié)構(gòu)體系及簡支與固接混合結(jié)構(gòu)體系三種類型，如圖 1.2 所示。對于城市多層立交橋梁而言，縱橋向大部分采用連續(xù)結(jié)構(gòu)體系，橫橋向為多層框架結(jié)構(gòu)。

地震造成的立交橋梁垮塌也導致了震后救災生命線破壞，從而延長了救援時間，并進一步加重了損失。因此，必須針對立交結(jié)構(gòu)的特點，對其在地震作用下的動力行為進行有效的控制，使結(jié)構(gòu)在地震作用下具有良好的抗震性能和安全度。多層交通或多層橋面的城市橋梁近年來備受青睞，此種結(jié)構(gòu)能解決空間受限問題，并能滿足與建筑結(jié)構(gòu)相互協(xié)調(diào)的特殊要求，更好地實現(xiàn)人、非、車的分流，并在有限的土地資源空間內(nèi)極大地提高城市交通的使用效率、改善橋梁通行條件。在美國，日本以及我國的北京、上海、重慶、西安、南昌和香港特區(qū)，均修建了雙層或多層高架橋。其中，，我國已建成的多層立交橋梁主要有：上海修建的公鐵兩用雙層橋，頂層為公路橋，底層為鐵路橋，是我國最早的雙層立交橋，此橋采用連續(xù)結(jié)構(gòu)體系；重慶加氣站附近小半徑雙層立交，采用連續(xù)梁結(jié)構(gòu)體系，如圖 1.1；南京雨潤集團物流公司在西安草灘建成的三層立交橋梁，主要服務于物流廠區(qū)，采用固接結(jié)構(gòu)體系、簡支結(jié)構(gòu)體系及簡支與固接混合結(jié)構(gòu)體系三種類型，如圖 1.2 所示。對于城市多層立交橋梁而言，縱橋向大部分采用連續(xù)結(jié)構(gòu)體系，橫橋向為多層框架結(jié)構(gòu)。
【學位授予單位】：長安大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：U448.17;U442.55

【參考文獻】

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本文編號：2548256