考虑桩土相互作用的曲线梁桥地震效应分析

曲线梁桥动力特性论文 桩土相互作用论文 弹塑性分析论文 桥墩破坏过程论文
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近年来随着交通事业的高速发展,我国修建了大量的桥梁,其中有许多是曲线梁桥。但是专门对于曲线梁桥的抗震研究并不多,计算分析该类桥梁的地震反应,对于积累相关技术资料,促进曲线连续梁桥抗震技术的发展具有重要的理论指导意义。本文以一座三跨曲线连续刚构桥为研究对象,从弹性到弹塑性再到桥墩破坏进行了有限元计算分析,系统地研究了桩土相互作用和地震动参数等因素对桥梁结构动力特性及地震反应的影响。首先分析了桩土相互作用对曲线梁桥结构动力特性的影响。考虑桩土相互作用后,结构的固有频率降低,这主要是由于整体结构刚度下降所造成的。随后对曲线梁桥进行设计地震作用下的反应谱计算分析,在桥梁两端连线方向输入地震动,基本能取得桥梁地震反应的最大值。所以在抗震设计中易首先沿着曲线梁桥的两端连线方向输入地震动以得到结构的控制内力。其次进行了曲线梁桥的弹塑性地震反应时程分析,包括是否考虑桩土相互作用、不同类型的地震波、不同的配筋率对桥梁地震反应的影响。在峰值加速度相同的条件下,不同地震波作用下曲线梁桥的应力与应变可能差别很大,说明地震反应结果不仅仅与地震波的峰值有关,还与频谱特性有关。对比两种不同地震波作用下桥墩最终塑性铰发展状态,可以看出,在不同频谱特性的地震波作用下同一桥墩塑性铰发展过程不同。两种地震波作用下,考虑桩土相互作用后的墩顶位移都会增大,而应力有的增大有的减小,所以考虑桩土相互作用可能对曲线梁桥产生不利影响。对比基础固结模型和桩土相互作用模型下桥墩最终的塑性铰发展状态,可以发现,考虑桩土相互作用后,两端桥墩塑性铰发展区域要比基础固结模型下的要大,而跨中两个桥墩塑性铰区域在两种模型下的塑性铰区域基本相同。所以考虑桩土相互作用后可能对刚度较小的桥墩产生不利的影响。随着配筋率的增大,跨中桥墩应力变化趋势基本一致,两端桥墩应力变化趋势基本一致,而跨中与两端桥墩变化趋势不一致,这可能与桥墩的刚度是否相似有关。所以在做桥梁的抗震设计时,不同桥墩的刚度之比可能存在一个合适的比值,在这一比值范围内曲线梁桥整体结构可以达到理想的抗震效果。再次对是否考虑桩土相互作用的两种曲线梁桥计算模型,输入两种不同的地震波,计算得到了桥墩在各个不同时刻的破坏形态和发展过程,实现了对曲线梁桥地震破坏过程的仿真。通过对比是否考虑桩土相互作用以及两种不同的地震波作用下桥墩的破坏形态,可以发现一些异同点。Elcentro波作用下,考虑桩土相互作用后桥墩的破坏程度减轻。在天津波作用下,考虑桩土相互作用后桥墩的破坏程度加重。基础固结模型在天津波作用下桥墩的破坏程度要比Elcentro作用下的要严重一些。
摘要第4-6页
ABSTRACT第6-7页
第1章 绪论第11-20页
    1.1 桥梁结构的地震灾害及启示第11-13页
    1.2 桥梁结构的抗震分析方法及研究现状第13-18页
        1.2.1 桥梁结构的抗震分析方法第13页
        1.2.2 桥梁结构的抗震研究现状第13-18页
    1.3 本文的研究内容和研究目的第18-20页
第2章 曲线梁桥基本计算理论第20-30页
    2.1 动力有限元模型的建立第20-23页
    2.2 动力特性理论分析方法及内容第23-24页
    2.3 反应谱分析方法及内容第24-25页
    2.4 桩土相互作用理论分析方法第25页
    2.5 弹塑性理论分析第25-30页
第3章 考虑桩土相互作用的曲线梁桥反应谱分析第30-41页
    3.1 动力特性分析第30-35页
        3.1.1 桩土相互作用对动力特性的影响第31-35页
        3.1.2 曲率半径大小对结构动力特性的影响第35页
    3.2 曲线梁桥反应谱反应分析第35-40页
        3.2.1 规范反应谱的取值第35-37页
        3.2.2 考虑桩土相互作用对数值结果的影响第37-38页
        3.2.3 不同的地震动输入方向对数值结果的影响第38-40页
    3.3 小结第40-41页
第4章 曲线梁桥的弹塑性动力时程反应分析第41-66页
    4.1 钢筋混凝土有限单元模型第41-42页
    4.2 两种不同地震波的选取第42-45页
    4.3 弹塑性增量本构方程第45-47页
    4.4 钢筋混凝土桥墩塑性铰发展过程分析第47-52页
        4.4.1 Elcentro波作用下基础固结模型塑性铰发展过程分析第47-48页
        4.4.2 Elcentro波作用下考虑桩土相互作用的塑性铰发展过程分析第48-49页
        4.4.3 天津波作用下基础固结模型塑性铰发展过程分析第49-50页
        4.4.4 天津波作用下考虑桩土相互作用的塑性铰发展过程分析第50-52页
    4.5 两种不同的地震波下结构的数值结果对比第52-54页
    4.6 不同配筋率下的数值结果对比第54-61页
    4.7 是否考虑桩土相互作用的两种数值模型的结果对比第61-65页
    4.8 小结第65-66页
第5章 曲线梁桥墩破坏过程分析第66-76页
    5.1 引言第66页
    5.2 桥梁地震破坏主要分析方法第66-67页
    5.3 LS-DYNA结构模型单元与材料第67-68页
    5.4 数值计算中可能出现的问题及解决方法第68页
    5.5 桥墩破坏过程分析第68-75页
        5.5.1 ELCENTRO波作用下基础固结模型桥墩破坏过程第68-70页
        5.5.2 ELCENTRO波作用下考虑桩土相互作用桥墩破坏过程第70-72页
        5.5.3 天津波作用下基础固结模型桥墩破坏过程第72-73页
        5.5.4 天津波作用下考虑桩土相互作用桥墩破坏过程第73-75页
    5.6 小结第75-76页
第6章 全文总结第76-78页
    6.1 主要结论第76-77页
    6.2 有待进一步解决的问题第77-78页
参考文献第78-81页
后记第81-82页
攻读硕士学位期间论文发表及科研情况第82页
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论文编号ABS547571,这篇论文共82页
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