基于拆除构件法的钢筋混凝土曲线梁桥连续倒塌分析

发布时间：2020-11-05 23:17

　　 随着城市交通的迅速发展,曲线梁桥已经成为城市道路网中不可或缺的立交桥型之一。作为重要的交通运输枢纽,曲线梁桥面临着撞击、爆炸等意外荷载的威胁,一旦因局部损伤引发连续倒塌,将会造成巨大的生命财产损失。鉴于意外荷载的不确定性及连续倒塌的危害性,如何合理考虑意外荷载的影响并开展曲线梁桥连续倒塌研究具有重要的现实意义。本文采用拆除构件法,对曲线梁桥进行连续倒塌分析,研究桥墩发生初始破坏后剩余结构的受力性能及倒塌模式,为曲线梁桥抗连续倒塌设计提供依据。本文主要研究内容及结论如下:(1)参考建筑结构抗连续倒塌规范,根据曲线梁桥的结构特点,提出了适用于曲线梁桥结构的容许倒塌范围,结合构件失效准则可对曲线梁桥进行连续倒塌评估。(2)建立钢筋混凝土曲线梁桥有限元模型,基于拆除构件法,采用线性静力分析和线性动力分析进行曲线梁桥连续倒塌研究。通过逐步增大荷载的方法,对比线性动力与线性静力分析结果,给出了适合曲线梁桥的荷载动力放大系数的建议取值,其保守取值为2.0。(3)基于拆除构件法,采用非线性动力分析进行曲线梁桥连续倒塌评估,并研究桥墩失效的动力效应对结构内力的影响。结果表明,桥墩失效的动力效应对剩余结构内力产生较大的放大作用。根据不同工况,箱梁弯矩最大增长4.0~6.5倍,增长最大位置为失效跨内;桥墩轴力最大增长2.0~3.0倍,增长最大位置不仅是相邻桥墩,远端边墩也会出现大幅的瞬时增长。(4)根据塑性铰开展、上部结构位移、桥墩位移及损伤状态分析剩余结构的倒塌模式。结果表明,中墩失效的倒塌模式主要表现为桥面竖向倒塌和倾覆,梁体破坏形式主要为梁端塑性铰破坏;边墩失效的倒塌模式主要表现为边跨悬臂端折断,发生落梁破坏,进而撞击相邻桥墩,致使其严重破坏甚至倒塌,有引发多米诺骨牌式连续倒塌的风险。(5)进行线性分析和非线性动力分析结果对比。结果表明,线性分析具有分析简便、计算时间短且结果保守可靠的特点,但不能考察结构塑性铰开展和破坏形式;非线性动力分析结果准确,可以反映结构的破坏模式,但分析复杂,计算成本高。因此线性分析适用于结构安全的初步判断,对危险工况的深入分析需采用非线性动力分析。
【学位单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U441
【部分图文】：

景及意义（Progressive collapse）是指结构在意外荷载作用下不断向剩余结构扩展，最终导致结构发生与初始损构倒塌。虽然连续倒塌事件发生概率较小，但往往产损失。因此如何降低局部破坏对整体结构的影响与之不成比例的大范围破坏，成为结构工程学科研续倒塌的关注始于 1968 年英国 Ronan Point 公寓煤层装配式钢筋混凝土板式结构，结构倒塌的起因是 爆炸。在爆炸冲击作用下，厨房外部承重墙发生破坏向承载构件而发生大面积坍塌，18 层以下结构因受用相继倒塌。图 1.1 为 Ronan Point 公寓的倒塌情况

图 1.2 世贸大厦的倒塌，国内外的桥梁结构也发生了多起倒塌事故。1980 年 5 阳光大桥遭受货轮撞击桥墩，导致桥墩所在南跨倒塌，35国亚拉巴马州 CSX 铁路桥因托驳船撞击发生倒塌，累计 47 月 7 日，四川宜宾通往云南的交通要道宜宾南门大桥两端其初始破坏是连接拱体和桥面预制板的吊杆断裂。2007 年“九江大桥 6.15 船撞桥事故”导致桥面坍塌 200 米，9 人

3（e）北京怀柔宝山寺白河桥 （f）连霍高速义昌大桥图 1.3 桥梁倒塌实例由于地形和空间的限制，曲线梁桥得到广泛的运用，在交通、经济、军发挥着越来越重要的作用。曲线梁桥结构一旦发生连续倒塌事故，将会带大的经济损失和恶劣的社会影响。随着社会文明进程的推进，工程技术的突破和革新，人们对桥梁结构的安全性能提出更高的要求，因此推进曲线结构抗连续倒塌研究具有重要意义。
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本文编号：2872330