覆土波纹钢桥涵抗震分析方法和抗震性能研究

• 作 者: 王海
• 出 处: 北京交通大学
• 发表日期: 2017年01期
• 关键词: 覆土波纹钢桥涵 振动特性 自由场剪切变形 抗震性能 有限元分析

覆土波纹钢桥涵具有适应变形能力强、工程造价低、施工速度快、绿色环保等优势,目前在我国的实际工程应用中增长迅猛。但是我国对于此类结构的理论和实验研究相对滞后,尤其是对覆土波纹钢桥涵抗震方面的研究工作基本没有开展,这势必会阻碍此类结构的推广和应用。因此,本文对于覆土波纹钢桥涵抗震分析方法和抗震性能的研究具有重要的理论价值和实际意义。本文首先通过现场试验和有限元数值模拟相结合的方法研究了此类结构的自振特性,得出土体的振动形式在土-钢结构系统的整体振动中起主导的作用,而波纹钢结构本身的振动特性表现的并不明显,这与一般地下结构的振动特性基本一致。其次,在总结分析各国规范关于覆土波纹钢桥涵抗震分析方法的基础上,借鉴地下结构在地震作用下的响应受土层变形控制这一原理,结合覆土波纹钢桥涵作为一种典型的柔性结构,结构抵抗变形的能力较弱的特点,提出基于自由场剪切变形的抗震分析方法适合应用于此类结构,并详细推导了该方法的具体实施步骤。通过实例,将该方法的计算结果和相关规范的计算结果与覆土波纹钢桥涵在地震作用下内力响应的解析解进行对比,验证了该方法的合理性,并将其用于后续的分析中。最后通过有限元数值模拟方法,运用基于自由场剪切变形的抗震分析方法,研究了覆土高度、土体刚度、结构刚度、截面形式四种不同的因素对覆土波纹钢桥涵抗震性能的影响,总结了覆土波纹钢桥涵的抗震性能随各因素变化的规律,为覆土波纹钢桥涵的抗震设计提供参考。