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空心板简支梁桥地震非线性碰撞研究

刘翔

   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。……   
[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
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:郑州大学2010年
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