深厚覆土层上桥梁的动力响应分析

发布时间：2017-08-17 23:04

  本文关键词：深厚覆土层上桥梁的动力响应分析

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【摘要】：桥梁大部分坐落在岩土地基上,在研究地震中桥梁的损坏机理、灾害形态等问题时,都离不开对嵌固地基的研究。然而在通常的桥梁抗震设计计算中只是把桥梁作为一个单独的结构体进行研究,而不计场地效应对上部桥梁结构的影响,给桥梁的动力特性及响应带来较大失真,因此对深厚覆土层上桥梁的动力响应进行研究具有重要的意义。本次论文针对某核电厂区内桥梁工程进行抗震计算分析,针对该工程深厚覆土层的地基条件,综合考虑了土-结构动力相互作用、无限域地基的辐射阻尼以及覆土层土体的动力非线性,建立了覆土层地基-桥梁有限元计算模型,并采用了等效荷载的地震动输入方式,分析桥梁结构在三向地震作用下的动力响应,给出了墩柱内力的分布规律。并且与岩性地基条件下桥梁结果进行对比,得到了内力最不利位置的变化规律。最后,对比分析覆土层地基上有系梁和无系梁两种工况,从而给出设置系梁对桥梁动力响应的影响。本文主要做了以下几点工作：1)建立自由波场三维模型：取与地基等高土柱,底部采用粘弹性人工边界,侧边界施加剪切边界(P波入射时,约束侧边界水平方向；S波入射时,约束侧边界竖直方向)。施加等效节点荷载在模型底部,从而得到模型在边界处的应力和运动量。2)创建深厚覆土层-桥梁整体模型及岩性地基-桥梁整体模型,地基截断边界处设置粘弹性人工边界,进行有限元计算时将(1)中所得应力和运动量作为等效地震动输入,分析并对比了覆土层地基和岩性地基对墩柱内力、加速度时程反应和桥面位移的影响。3)为了满足静力和稳定性要求,在横桥向相邻墩柱间设置系梁。然而系梁设置对于桥梁在地震作用下的影响值得深究,所以本文就覆土层地基上桥结构有系梁和无系梁工况的动力响应进行对比分析。主要得到以下结论,为工程实践提供一定的借鉴作用：1)覆土层软土性承压能力差,对土层内桩的约束较弱,桩柱轴力较大,软硬土交界处剪力和弯矩明显突变。2)由于覆土层地基对地震波高频分量过滤作用明显,而对低频分量有放大作用。桥梁横向较柔,长周期地震响应较明显,桥纵向刚度较大,对低频分量响应敏感。3)系梁主要影响桥梁的横桥向地震响应,对横桥向墩柱间内力进行重分配,并且提高了横桥向加速度峰值和振动频率,然而系梁对纵桥向和竖向动力响应结果影响不大。
【关键词】：桥梁 抗震分析 深厚覆土层 等效荷载 系梁
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 选题背景及研究的目的和意义9-11
• 1.2 土-结构动力相互作用研究综述11-14
• 1.2.1 土-结构动力相互作用发展历程11-12
• 1.2.2 土-结构动力相互作用研究方法12-13
• 1.2.3 土-结构动力相互作用研究现状及存在的问题13-14
• 1.3 主要章节安排14-16
• 2 计算原理及方法16-24
• 2.1 覆盖土层静力计算本构模型16-17
• 2.2 覆盖土层动力计算本构模型17-20
• 2.3 粘弹性人工边界及地震波动输入方法20-22
• 2.4 计算软件介绍22-24
• 3 深厚覆土层自由波场响应分析24-29
• 3.1 桥梁覆土层参数24-25
• 3.2 三维土柱模型波动响应25-28
• 3.2.1 地震动输入26-27
• 3.2.2 三维土柱的动力响应结果27-28
• 3.3 本章小结28-29
• 4 覆土层地基对桥梁动力响应的影响29-48
• 4.1 桥梁设计基本参数29
• 4.2 桥梁计算模型29-32
• 4.3 桥梁计算参数32-33
• 4.4 桥梁动力计算工况及研究内容33-34
• 4.5 桥梁动力计算结果分析34-46
• 4.5.1 墩柱内力沿桥长分布34-39
• 4.5.2 墩柱内力沿高程分布39-43
• 4.5.3 桥面及海床加速度反应43-45
• 4.5.4 桥面位移45-46
• 4.6 本章小结46-48
• 5 考虑SSI系梁对桥梁动力响应的影响48-58
• 5.1 系梁设计理念48
• 5.2 系梁影响分析48-57
• 5.2.1 墩柱内力沿桥长分布48-53
• 5.2.2 墩柱内力沿高程分布53-55
• 5.2.3 桥面加速度反应55-56
• 5.2.4 桥面位移56-57
• 5.3 本章小结57-58
• 结论58-60
• 参考文献60-63
• 致谢63-64

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本文编号：691511