FPS支座双轴耦合效应及其对曲线桥抗震性能影响研究

发布时间：2017-04-30 11:14

  本文关键词：FPS支座双轴耦合效应及其对曲线桥抗震性能影响研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：我国是一个地震十分频繁的国家。在历次大地震中,诸多曲线桥梁发生了落梁、墩柱弯剪破坏、整体垮塌等震害。分析原因有以下两点:一、曲线桥地震反应规律相比直线桥复杂,难以给出针对不同设计参数曲线桥的准确高效建模分析方法。二、针对减隔震支座,缺乏理论与实验相结合的精细化分析。以上两原因造成曲线桥实际地震反应与模拟结果相距过大,在真实地震作用下桥梁发生预估之外的反应,导致震害的发生。针对以上问题,本文选取一典型曲线桥为研究对象,针对不同参数曲线桥(圆心角67°~0°、跨宽比2.78~1.67、桥墩长细比3.0~7.6)进行建模方法分析。同时针对6个摩擦摆减隔震(FPS)支座,进行双轴耦合拟静力试验与数值模拟相结合的研究。最后对一发生实际震害曲线桥进行建模分析,主要内容以下:(1)以某典型曲线桥为研究对象,采用OpenSEES软件,针对不同上部结构、下部结构曲线桥,分别采用三种不同建模方法建模。探究针对不同曲率半径,桥宽,墩柱高度,墩柱形式曲线桥高效、准确的抗震建模方法。为FPS隔震曲线桥抗震性能研究提供建模方法依据。(2)考虑到影响支座减隔震性能的主要因素为摩擦系数,探讨摩擦系数会受摩擦速度,轴压力等的影响。双轴耦合效应对FPS支座减隔震性能影响较大,设计采用不同加载速度、轴压力,双轴耦合加载方式的试验加载方案。(3)通过FPS支座双向拟静力加载试验,得到荷载—位移的滞回曲线。并通过滞回曲线得到支座的屈服力、回复力、摩擦系数、耗能能力等抗震特性。通过分析对比实验结果,得到加载速度,轴力,双轴耦合效应对支座抗震性能的影响规律。最后通过合理选定模拟方法,针对以上影响规律实现精细化数值模拟的FPS支座模型。(4)对某一实际发生震害的曲线桥,依据上文研究结果建模并进行地震反应分析。分析得到桥梁的地震反应规律,并将该结果与桥梁实际震害进行对比。结果证明采用适宜建模方法的OpenSEES模型可较好地模拟曲线桥实桥地震反应。对该桥设计FPS支座,采用前述的FPS支座数值模拟方法,证明该支座能有效减小桥梁震害,降低震后桥梁修复难度。本文探究并提出了针对不同形式曲线桥梁的精细化数值模拟方法,并通过试验分析确定了FPS支座双轴耦合效应的精细化FPS支座模型。为桥梁设计者提供了曲线桥抗震分析模型建模依据。
【关键词】：曲线梁桥 建模方法 FPS支座 双轴耦合 减隔震
【学位授予单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U442.55
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 选题背景9-12
• 1.2 研究现状12-15
• 1.2.1 桥梁数值模拟方法研究现状12-14
• 1.2.2 FPS隔震体系研究综述14-15
• 1.3 研究内容与技术路线15-17
• 1.3.1 本文研究内容15
• 1.3.2 技术路线15-17
• 第2章 曲线桥数值模拟方法研究17-62
• 2.1 引言17
• 2.2 建模软件OPENSEES介绍17-18
• 2.3 本章主要研究内容18-19
• 2.4 某桥梁工程概况19-22
• 2.4.1 主梁20-21
• 2.4.2 墩柱及基础21-22
• 2.4.3 地质情况22
• 2.5 桥梁上部结构数值模拟方法研究22-39
• 2.5.1 现阶段研究成果概述22-23
• 2.5.2 上部结构建模方法简介23-26
• 2.5.3 桥梁变参数确定依据26-27
• 2.5.4 地震动输入27-28
• 2.5.5 控制参数选取28-29
• 2.5.6 结果分析29-38
• 2.5.7 总结38-39
• 2.6 桥梁下部结构数值模拟方法研究39-53
• 2.6.1 概述39-40
• 2.6.2 墩柱建模方法简介40-43
• 2.6.3 桥梁变参数确定依据43-44
• 2.6.4 控制参数选取44
• 2.6.5 结果分析44-52
• 2.6.6 小结52-53
• 2.7 桥梁基础数值模拟方法研究53-59
• 2.7.1 概述53-54
• 2.7.2 桩基础建模方法简介54-56
• 2.7.3 桥梁变参数确定依据56
• 2.7.4 控制参数选取56-57
• 2.7.5 结果分析57-59
• 2.8 本章小结59-62
• 第3章 FPS支座双轴耦合拟静力试验设计62-83
• 3.1 引言62
• 3.2 FPS支座简介62-64
• 3.3 FPS支座减隔震性能及影响因素64-66
• 3.4 FPS支座双轴耦合现象等非线性性质简介66-67
• 3.4.1 FPS支座双轴耦合现象66-67
• 3.4.2 动轴力，大变形非线性效应67
• 3.4.3 小结67
• 3.5 试验方法选定67-68
• 3.6 试验设计68-73
• 3.6.1 FPS支座设计68-70
• 3.6.2 作动器布置70-71
• 3.6.3 支座布置及连接板设计71-73
• 3.7 试验准备73-76
• 3.7.1 试验设备选定73
• 3.7.2 位移计布置73-75
• 3.7.3 试件安装75-76
• 3.8 加载方案76-81
• 3.8.1 加载方案综述76-77
• 3.8.2 支座竖向刚度试验方法77
• 3.8.3 支座单向水平力加载试验方法77-78
• 3.8.4 支座双向水平力加载试验方法78-79
• 3.8.5 支座双向水平力其他加载方式试验尝试79-80
• 3.8.6 加载过程汇总80-81
• 3.9 卸载后支座情况81
• 3.10 本章小结81-83
• 第4章 FPS支座数值模拟方法研究及试验结果分析83-108
• 4.1 引言83
• 4.2 理论计算模型选取83-86
• 4.2.1 Bouc—Wen模型83-84
• 4.2.2 考虑动轴力和双方向耦合的摩擦摆隔震模型84-85
• 4.2.3 FPS支座两种分析模型的比较85
• 4.2.4 OpenSEES中的支座单元模拟85-86
• 4.3 试验结果分析86-104
• 4.3.1 竖向承载力试验结果86-87
• 4.3.2 支座单向加载试验结果分析87-90
• 4.3.3 支座双向菱形加载试验结果分析90-95
• 4.3.4 支座单向，双向加载结果对比分析95-96
• 4.3.5 支座单向加载数值模拟96-98
• 4.3.6 支座双向加载数值模拟98-102
• 4.3.7 支座矩形加载，圆形加载试验数据及数值模拟102-104
• 4.4 双向地震荷载作用下支座反应模拟分析104-106
• 4.5 本章小结106-108
• 第5章 FPS隔震，非隔震曲线桥抗震性能对比研究108-123
• 5.1 引言108
• 5.2 回澜立交桥资料及震害108-115
• 5.2.1 回澜立交桥结构布局108-110
• 5.2.2 汶川地震特征110-112
• 5.2.3 基本震害情况112-113
• 5.2.4 严重破坏桥墩介绍113-115
• 5.3 回澜立交桥汶川地震反应模拟分析115-122
• 5.3.1 建模方法简介115-116
• 5.3.2 桥梁非线性时程地震反应分析116-118
• 5.3.3 采用FPS支座桥梁非线性时程地震反应分析118-122
• 5.4 本章小结122-123
• 第6章 结论与展望123-125
• 6.1 结论123-124
• 6.2 展望124-125
• 参考文献125-128
• 致谢128

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