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空心板简支梁桥地震非线性碰撞研究

作　者: 刘翔
导　师: 徐建国
学　校: 郑州大学
专　业: 道路与铁路工程
关键词: 桥梁结构动力建模非线性碰撞模型地震反应程序编制
分类号: U441.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 58次
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内容摘要

随着我国交通基础设施的大量兴建,使得作为交通枢纽的桥梁结构的抗震防灾问题日益受到重视,众所周知,在强震作用下,桥梁结构跨间相邻梁段可能发生碰撞灾害,碰撞将产生巨大的冲击力,可造成主梁不同程度的损坏,有时甚至会引发落梁的严重后果。为了减小或尽量避免地震作用下桥跨间的碰撞力作用,应选择与实际相符的碰撞模拟单元与计算模型,通过分析计算找到碰撞发生条件、影响因素以及碰撞对桥梁抗震性能的影响等。本文基于建立的桥梁结构梁段单元动力分析模型,利用非线性接触单元Kelvin碰撞模型,开展了桥梁结构纵向碰撞非线性地震响应分析。采用Visual Fortran语言编程,选择适合不同场地条件和不同峰值调幅的地震波、同时考虑桥梁约束情况及相邻跨径比的变化等,计算分析了京珠高速某桥梁结构纵向碰撞地震反应,说明了开展桥梁纵向碰撞地震响应分析的必要性。所做的具体工作内容如下：(1)首先以空间梁段单元BSE为基础,建立了考虑空间梁板薄壁结构的梁段单元动力分析模型,该模型综合考虑了桥梁结构的横向弯扭耦合振动、约束扭转变形、桥墩变形和非线性支座对结构动力响应的影响等。采用能量原理推导给出了桥梁单元刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵。(2)桥墩选择空间梁单元,支座选择非线性支座,采用“对号入座”法生成桥梁结构总体刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵,通过运用编制的结构频率模态计算程序,结合工程实例分析计算了多工况下桥梁结构的自振频率和模态变化。(3)选择非线性接触单元Kelvin碰撞模型,并基于非线性支座单元Wen分析模型,考虑输入四种场地地震波及相应峰值调幅,采用Visual Fortran语言编程计算了京珠高速某桥梁结构在多工况下的纵向碰撞非线性响应,最后对计算结果进行了分析比较,所得结论可供桥梁抗震设计参考。由于本文采用的是空间梁段单元建模与编程,该程序具有结构总体自由度少、计算速度快、计算精度较高等特点,特别适合大型结构的时程响应分析计算,经算例验证,程序具有较强的通用性与可植入性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第一章绪论  9-20
  1.1 桥梁抗震面临的形势  9-10
  1.2 桥梁震害分析  10-13
  1.3 桥梁结构的碰撞破坏  13-15
  1.4 国内外研究现状  15-19
  1.5 本文主要研究内容  19-20
第二章桥梁结构空间动力建模研究  20-49
  2.1 桥梁结构截面特性  20-24
    2.1.1 截面对坐标轴的弯曲惯性矩  20-21
    2.1.2 桥梁横截面自由扭转惯性矩  21-22
    2.1.3 空心板薄壁结构的约束扭转变形及扇性惯性矩  22-24
  2.2 桥梁结构动力建模  24-46
    2.2.1 桥身结构动力建模  25-37
    2.2.2 桥梁支墩结构建模  37-45
    2.2.3 橡胶支座联结件的处理  45-46
  2.3 桥梁结构振动频率与模态分析  46-49
第三章桥梁结构非线性碰撞建模研究  49-76
  3.1 减隔震支座及恢复力模型  49-51
  3.2 碰撞分析模型  51-55
  3.3 桥梁结构纵向碰撞非线性动力方程求解方法  55-59
    3.3.1 桥梁结构非线性动力方程求解  55-56
    3.3.2 非线性碰撞时间插值点的确定  56-59
  3.4 典型地震波的选取  59-60
  3.5 计算实例分析  60-76
第四章结论与展望  76-79
  4.1 主要结论  76-77
  4.2 展望  77-79
附录  79-99
参考文献  99-102
致谢  102-103
个人简历  103

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