多室连续曲线箱梁剪滞效应地震反应分析

发布时间：2020-02-09 14:56

【摘要】：采用三维有限元数值仿真技术对曲线箱梁进行模态分析和地震动作用下时程分析以探讨多室连续曲线箱梁自振特性和剪力滞效应。分别建立单箱单室和单箱双室多跨连续梁空间板壳有限元模型,研究箱室数和曲率角对曲线箱梁自振频率的影响,在此基础上,对单箱双室连续曲线箱梁输入天津波以分析剪滞系数沿纵、横向分布规律。结果表明:箱室数和曲率角对自振频率影响较大,前5阶自振频率随着箱室数增加在增大,随着曲率角增加,自振频率一直在减小,且不同模型的结构前3阶振型特征各不相同;受地震动激励,多室箱梁翼板剪力滞效应显著,沿横向,剪滞系数在顶板与腹板交界处形成峰值,剪滞系数高达2.505,沿纵向,中间支座截面剪力滞效应较跨中截面严重;通过定义宽径比为主要变量,采用最小二乘法对剪滞系数进行回归分析,提出计算剪滞系数峰值的经验公式,与有限元误差不足2%,满足精度要求;
【图文】：

连续曲线,曲线箱梁,截面尺寸

形分析理论。可以看到:以上研究均各自存在一定的局限性，基于此，在上述研究基础上对多箱室连续曲线箱梁在动荷载作用下剪力滞效应展开研究，采用ANSYS软件，通过建立空间板壳有限元模型，分析单箱双室连续曲线箱梁自振特性，并进行地震动作用下时程分析，探讨剪力滞系数沿横向和纵向分布规律。1曲线箱梁模型1．1结构形式模型材料来源于文献［9］，为有机玻璃加工而成的连续曲线箱梁模型，其中材料参数:弹性模量E=3000MPa，泊松比．μ=0．385，密度=1180kg/m3。结构参数:曲率角．θ=60度，半径Ｒ=2m，截面形状和尺寸如图1所示。图1曲线箱梁截面尺寸(mm)Fig．1Dimensionsofcurvedboxbeamcrosssection1．2分析模型和边界条件箱梁有限元建模采用单元类型为四节点shell63单元，，一共划分为2340个单元，2318个结点。以水平方向为x轴，竖向为y轴，纵向为z轴，考虑连续箱梁约束条件，仅在箱梁腹板与底板交界处施加约束，参照文献［10］，约束条件一端为Ux、Uy、Uz，和Uy、Uz，另一端为Ux、Uy和Uy，中间也为Ux、Uy和Uy，曲线箱梁受约束的边界条件和有限元模型分别如图2和图3所示，图2中，前3个约束对应于x、y和z这3个方向线位移，后3个约束对应于x、y和z轴的转动位移。第4期卢海林，等:多室连续曲线箱梁剪滞效应地震反应分析165

曲线箱梁,边界条件

图2曲线箱梁边界条件Fig．2Boundaryconditionsofcurvedboxbeam图3曲线箱梁有限元模型Fig.3Finiteelementmodelofcurvedboxbeam2曲线箱梁自振分析主要研究曲线箱梁在地震动作用下的动力反应，而自振特性分析是进行动力反应分析的前提和基础，基于此，保持曲率半径不变，通过建立曲线箱梁空间板壳有限元模型，采用BlockLanezos法分别对单箱单室二跨连续梁、单箱双室二跨连续梁、单箱双室三跨连续梁进行模态分析，探讨箱室数和跨数对曲线箱梁自振特性的影响，得到的各阶频率和振型特征见表1和图4所示。通过表1和图4可以发现:(1)前5阶振型中，曲线梁频率值没有交叉部分，表明箱室数和跨数对振动特性影响较大，具体表现为:随着箱室数增大，频率也相应地增大，刚度的增加比质量增加要快，第6阶振型后，情形相反，刚度增加的速度小于质量，从而导致频率在减小;(2)跨数增加时，对应曲率角相应地增大，支座的约束对频率影响不明显，质量的增加导致频率减小，并且频率的差值在变大，曲线梁的刚度变得越来越“柔”;(3)由于存在初曲率的影响，扭转振型与任一主振型耦合。总的来说，与文献［11］研究结果不同，3种模型下前3阶振型特征表现出很大的差异，后几阶主要表现为箱梁的弯曲振动和弯扭振动。表1曲线箱梁各阶频率和对应振型特征Table1EachfrequencyandcorrespondingmodestraitsofcurvedboxbeamHz模态阶次单箱单室2跨连续梁单箱双室2跨连续梁单箱双室3跨连续梁频率振型特征频率振型特征频率振型特征113．628径向漂移59．5231阶竖弯5．264切向漂移244．568切向漂移64．3581阶横弯32．4721阶横弯369．3251阶横弯81．992径向漂移36．0041阶扭转476．9941阶扭转84．7852阶横弯46．1502阶横弯584．8572阶横弯104．7002阶竖弯54．803径向漂移6127．

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