基于OpenSees的高墩大跨混凝土连续刚构桥地震易损性研究

发布时间：2017-06-21 08:23

  本文关键词：基于OpenSees的高墩大跨混凝土连续刚构桥地震易损性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：桥梁结构在整个交通系统中有着举足轻重的地位,常常牵一发而动全身。本文以西部山区某铁路高墩大跨预应力混凝土连续刚构桥为研究背景,运用分析软件OpenSees建立了非线性有限元模型,采用非线性动力时程分析方法对其进行了地震易损性分析,主要内容如下：1、通过国内外的文献资料系统地介绍了高墩连续刚构桥的发展和受力特点,阐释了基于性能的抗震设计思想,列举了桥梁地震易损性的分析方法和研究现状。2、梳理了利用分析软件OpenSees建立桥梁非线性有限元模型的整个流程,介绍了材料的本构关系与纤维截面,对所建模型进行了特征值分析,并与利用Midas所建的模型进行了简单的对比。3、介绍了结构的破坏准则和结构损伤评定的方法,依据混凝土连续刚构桥的力学特性,分析了桥梁结构的易损位置。选取曲率延性比为损伤指标,对易损位置的关键截面进行了弯矩曲率分析,确定了各损伤状态下的损伤指标界限值,并讨论了轴压比和纵筋配筋率对易损指标的影响。发现随着轴压比的增大,各损伤状态界限值在轴压比为0.05—0.3范围内呈下降趋势,且下降幅度随轴压比增大有所降低,而随着配筋率不断增加,各损伤状态的临界曲率延性比的值趋于稳定。4、结合抗震设计规范的水平加速度反应谱和桥位具体场地条件,将反应谱转变为功率谱,对形成的互功率谱进行分解并计算了幅值和相位,合成了更具有适用性的多维多点地震动时程。5、对桥梁进行了横桥向和纵桥向地震易损性分析,选取峰值地震加速度(PGA)为地震动强度指标,绘制出了地震易损性曲线。对其分析后发现此背景桥梁主墩的抗震性能十分优越。在纵桥向的地震作用下,桥墩墩顶相对于墩底更容易发生损伤。在横桥向的地震作用下,桥墩墩底相对于墩顶更容易发生损伤,且桥墩在纵桥向的地震作用下发生损伤的概率要远大于在横桥向的地震作用下发生损伤的概率。同时,探讨了场地类型对地震易损性曲线的影响,发现在同一峰值地震加速度下,结构的地震易损性随着场地由硬变软而不断增大。
【关键词】：高墩连续刚构桥 OpenSees 地震易损性 易损指标 人工地震波 易损性曲线
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U442.55;U448.23
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 绪论12-19
• 1.1 引言12
• 1.2 高墩连续刚构桥概述12-14
• 1.2.1 受力特点12
• 1.2.2 国内外发展概况12-14
• 1.2.3 主要震害14
• 1.3 基于性能的的地震易损性分析理念14-17
• 1.3.1 基于性能的抗震设计14
• 1.3.2 地震易损性14-15
• 1.3.3 地震易损性的主要分析方法15-16
• 1.3.4 地震易损性国内外研究现状16-17
• 1.4 本文研究目的和主要工作17-19
• 第2章 基于OPENSEES非线性有限元模型的建立19-36
• 2.1 OPENSEES简介19-21
• 2.1.1 主要特点19-20
• 2.1.2 程序结构20-21
• 2.2 纤维模型介绍21-23
• 2.3 材料的本构关系23-28
• 2.3.1 混凝土的本构模型23-26
• 2.3.2 钢筋的本构模型26-28
• 2.4 非线性有限元模型的建立28-35
• 2.4.1 工程背景28-29
• 2.4.2 建模技术要点29-34
• 2.4.2.1 模型几何信息的录入30
• 2.4.2.2 纤维截面的划分30-32
• 2.4.2.3 关键部位的模拟32-34
• 2.4.3 模型的复核34-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第3章 桥墩易损位置分析及损伤指标确定36-55
• 3.1 结构破坏准则36-37
• 3.2 结构损伤评定37-39
• 3.3 结构易损位置分析39-45
• 3.3.1 非线性动力时程分析方法39-41
• 3.3.2 地震波选取41-42
• 3.3.3 易损位置分析42-45
• 3.4 易损指标确定45-50
• 3.5 易损指标影响因素初探50-54
• 3.5.1 轴压比的影响50-52
• 3.5.2 纵筋配筋率的影响52-54
• 3.6 本章小结54-55
• 第4章 人工地震波的合成55-66
• 4.1 概述55
• 4.2 场地类型反应谱转换为功率谱55-57
• 4.2.1 桥位场地类型56
• 4.2.2 桥梁设计反应谱的确定56
• 4.2.3 转换功率谱原理56-57
• 4.3 桥位下多点地震动模拟57-60
• 4.3.1 互功率谱矩阵57-58
• 4.3.2 桥位多点地震动合成58-59
• 4.3.3 非平稳性多点地震动合成59-60
• 4.4 地震波合成60-65
• 4.4.1 地震波合成点位示意60
• 4.4.2 合成地震动时程60-65
• 4.5 本章小结65-66
• 第5章 桥梁的地震易损性分析66-84
• 5.1 概述66-67
• 5.2 纵向输入下地震易损性分析67-74
• 5.2.1 各墩地震易损性曲线67-72
• 5.2.2 各损伤状态对比72-74
• 5.3 横向输入下地震易损性分析74-81
• 5.3.1 各墩地震易损性曲线74-79
• 5.3.2 各损伤状态对比79-81
• 5.4 纵桥向输入与横桥向输入下地震易损性分析81-82
• 5.5 场地对地震易损性曲线的影响82-83
• 5.6 本章小结83-84
• 结论与展望84-86
• 致谢86-87
• 参考文献87-92
• 参加由导师郑史雄教授主持的科研项目92

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