中小跨径梁式桥地震残余位移分析与控制方法研究
本文关键词:中小跨径梁式桥地震残余位移分析与控制方法研究
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【摘要】:地震是自然界的一种现象,不但突发性强,而且破坏性大,严重威胁着人们的正常生活。对于桥梁这一交通网络中十分重要的关键点来说,如何在设计时进行抗震设防,如何对已经破坏的桥梁进行修复以及如何确定桥梁在震后能否正常投入使用等,都是需要进一步进行分析、解决的问题。较低等级的地震一般不会影响桥梁的正常使用,但是强震作用下,桥梁结构处于非线性状态,就会产生落梁或者梁体在支座上发生位移等情况。这就需要对桥梁结构震后的变形进行分析和研究,它不仅为震后结构的加固、维护、受力分析等提供了强有力的依据,同时也明确了设计中存在的问题,有利于设计工作的改进。本文先过对地震、梁式桥震后常见病害、桥梁结构地震响应的计算方法、力学建模要点等内容进行了简要介绍。然后以单跨的简支梁桥和四跨一联的连续梁桥为研究对象进行分析。在如何对支座进行非线性模拟时,通过对比,并建立简单的模型进行验证,最终确定采用具有界限滑移力的非线性单元进行模拟。除此之外,还对建模过程中常见的阻尼选取问题进行了比较和使用方法的说明,对某些单元之间在连接时如何正确的选择耦合和刚臂,进行了对比说明。运用大型有限元分析软件ANSYS建立三维模型,采用地震时程分析方法,分别计算单跨的简支梁桥和四跨一联的连续梁桥各自在峰值加速度为55cm/s2(0.15g地区,7度抗震设防烈度,多遇地震)、110cm/s2(0.3g地区,8度抗震设防烈度,多遇地震)、220cm/s2(7度抗震设防烈度,罕遇地震)、310cm/s2(0.15g地区,7度抗震设防烈度,罕遇地震)、4000cm/s2(8度抗震设防烈度,多遇地震)、510cm/s2(0.3g地区,8度抗震设防烈度,罕遇地震)时的残余变形。通过改变结构刚度,改变支座类型等方法,分别计算在相应工况下的支座位移。根据上述分析结果,对比桥梁在不同工况下的残余位移大小,找出有效控制震后残余变形的方法。通过残余位移的计算数值,可以快速的对震后桥梁结构的后续使用状况作出判断,及时提出加固与维修方案,同时也进一步促进最初桥梁设计工作的改进。
【关键词】:梁式桥 地震作用 残余位移 时程分析 非线性
【学位授予单位】:重庆交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:U442.55
【目录】:
- 摘要5-6
- Abstract6-10
- 第一章 绪论10-23
- 1.1 引言10-11
- 1.2 地震灾害和抗震的发展11-17
- 1.2.1 梁式桥及其常见病害11-16
- 1.2.2 桥梁抗震发展历程16-17
- 1.3 国内外研究现状17-20
- 1.4 选题背景及意义20-21
- 1.5 研究目的和内容21-23
- 1.5.1 研究目的21
- 1.5.2 研究内容21-23
- 第二章 基本理论与分析方法23-40
- 2.1 动力学基本理论23-25
- 2.1.1 动力计算基本运动方程23-24
- 2.1.2 动力学中几个常见方程的阐释24-25
- 2.2 地震作用计算方法25-32
- 2.2.1 静力法25-26
- 2.2.2 反应谱法26-28
- 2.2.3 时程分析及计算方法28-32
- 2.2.4 随机振动方法32
- 2.3 非线性的类别32-34
- 2.4 建模概述34-38
- 2.4.1 力学建模介绍34-35
- 2.4.2 建模要点35-36
- 2.4.3 仿真建模准则及其简化36-37
- 2.4.4 非线性问题建模共识37-38
- 2.5 塑性变形与残余变形38-40
- 第三章 数值模拟和参数选取40-62
- 3.1 建模时刚臂与耦合的选用40-41
- 3.2 模型模拟方法研究41-51
- 3.2.1 接触分类及接触方式41-43
- 3.2.2 面—面接触分析的相关参数和步骤43-44
- 3.2.3 建立模型及分析求解44-46
- 3.2.4 规范中关于支座的规定46-48
- 3.2.5 COMBIN40单元可行性分析48-50
- 3.2.6 COMBIN40单元计算结构累计变形验证50-51
- 3.3 建模支座选取51-57
- 3.3.1 支座的类型和构造51-53
- 3.3.2 板式橡胶支座支座的布置和计算53-56
- 3.3.3 支座模拟56-57
- 3.4 计算模型中阻尼的选取57-61
- 3.5 本章小结61-62
- 第四章 残余变形计算分析62-86
- 4.1 工程概况62-66
- 4.1.1 简支梁桥工程概况62-63
- 4.1.2 连续梁桥工程概况63-66
- 4.2 地震波66-69
- 4.2.1 地震波的特性66-67
- 4.2.2 时程分析时的加载67-69
- 4.3 时程分析加载69-71
- 4.4 简支梁桥残余变形分析71-76
- 4.4.1 不同峰值加速度时计算结果分析71-74
- 4.4.2 墩高和支座改变时计算结果分析74-76
- 4.5 连续梁桥残余变形分析76-83
- 4.5.1 不同峰值加速度时计算结果分析77-80
- 4.5.2 墩高和支座改变时计算结果分析80-81
- 4.5.3 地震波类别对残余位移的影响81-83
- 4.6 其他方面对比83-84
- 4.7 本章小结84-86
- 第五章 结论与展望86-88
- 5.1 总结86
- 5.2 展望86-88
- 致谢88-89
- 参考文献89-92
- 在学期间发表的论著及参与的实践项目92
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