强震区拱桥破坏机理、安全评价与抗震防护技术.doc

分类号 U448 单位代码 10618
密级学号 10813009
硕士学位论文
论文题目: 强震区拱桥破坏机理、安全评价与抗震防护技术
The Failure Mechanism, Safety Evaluation and
Seismic Protection Technique of Arch Bridge
in the Strong Earthquake Area

研究生姓名: 刘荣灿
导师姓名、职称: 唐红梅教授
导师姓名、职称: 陈洪凯教授
申请学位门类: 工学
专业名称: 水工结构工程
论文答辩日期: 2011年3月31日
学位授予单位: 重庆交通大学
答辩委员会主席:王建力教授、博导
评阅人:刘元雪教授、博导
刘光华教授级高工
2011年 3 月
重庆交通大学学位论文原创性声明
本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名: 日期: 年月日
重庆交通大学学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本人学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》,并进行信息服务(包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等),同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。

学位论文作者签名: 指导教师签名:
日期: 年月日日期: 年月日
…………………………………………………………………………………………………
本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊(光盘版)KI系列数据库中全文发布,并按《中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程》规定享受相关权益。
学位论文作者签名: 指导教师签名:
日期: 年月日日期: 年月日
摘要
本论文研究过程中,以现场考察、资料分析与理论研究为主体,以拱桥下部结构研究为重点,以四川汶川周边代表性拱桥为研究对象,坚持以破坏机理研究为基础、安全评价系统研究为手段、抗震防护新技术研究为目的的总体研究思路,遵循研究成果的实用性原则,融合理论分析与数值模拟等研究方法于一体,实现结构动力学、岩土力学、地貌学、工程防治学等多学科的交叉、融合与创新。历经3年时间(2008~2010),取得了如下创新性成果:
(1)通过等截面圆弧拱的平面挠曲基本方程,推导出拱桥纵向震动动力特征参数公式,得出拱桥纵向震动主要影响因素:拱弧长度、拱弧全开角、全桥重量、拱截面抗弯刚度、拱上建筑重量比例,并据此分析各因素对拱圈纵向震动影响程度大小。
(2)由拱圈侧向弯扭固有振动方程引入横向地震力,得出拱桥横向地震振动方程,并建立相应简化力学模型,用能量法推导出拱桥横向震动动力特性参数公式。经过分析,矢跨比和拱上建筑重量比例两个参数是影响拱桥横向震动两大最主要因素。
(3)基于Newmark滑移理论及Zeng和Steedman转动块理论模型,建立滑移模式、转动模式以及滑移与转动耦合位移模式下的台体震动位移计算模型,按公式计算出滑移临界加速度和转动临界加速度,并最终提出台体震动位移计算方法。
(4)基于Prandtl破坏面理论和Coulomb楔体平衡条件,并考虑地震力和接触面剪切摩擦的影响,采用Mononobe-Okabe地震公式,得出地震作用下地基承载力计算公式,据此对地震下地基强度降低现象进行安全评定。
(5)根据米塞斯流动法则,得到地震作用下桥台岸坡滑动面应变速度以及与滑动线夹角,据此得出作用于岸坡各外力做功和塑性流动消耗的能量,依据外力所做功与内部消耗能量相等的原则,最终推导出岸坡最大地震主动土压力及所对应滑动面倾角。
(6)采用有限元MIDAS/、主拱圈、基础等失稳破坏机制,发现台顶两侧、拱圈拱顶至1/4拱圈及桥体表面转折点为应力集中和位移突变点。
(7)在强震区拱桥安全评价指标构建原则的基础上,依据强震区拱桥的特点建立了强震区拱桥安全评价指标体系以及量化方法,采用不确定层次分析法,并与模糊综合评判法相耦合,建立了计算强震区拱桥安全体系评价系统。评价结果对
强震区拱桥的前期防护和后期修复都有一定的参考价值和指导意义。
(8)针对强震区拱桥整体及局部安全性态,主要从下部结构及地基基础等方面入手,研发了墩台