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钢桥弹塑性地震反应计算方法及钢材地震损伤指标研究
| 论文题名： | 钢桥弹塑性地震反应计算方法及钢材地震损伤指标研究 |
| 关键词： | 钢桥;弹塑性;地震反应;损伤指标 |
| 摘要： | 由于抗震性能较好、应用比例较低，长期以来钢桥在弹塑性域的抗震设计方法没有得到足够的重视。近年来，钢桥数量在交通网络中急剧增加，世界各地频频发生钢桥地震损伤的情况，抗震设计理论的发展已经严重滞后于钢桥的建设。因此，建立合理的钢桥抗震设计方法成为当前迫切需要完成的工作。 结构地震反应计算以及能力评估是建立桥梁抗震设计方法的基础，本文以建立合理的钢桥地震反应计算以及损伤评估方法为目标，通过理论分析和试验研究，提出了合理的钢桥抗震计算模型，研究了钢桥的地震损伤累积以及损伤指标。本文主要工作和取得的成果如下: 1、采用纤维模型和板壳模型对大跨度钢拱桥进行弹塑性地震时程反应分析，探讨了钢板局部变形及地震动轴力效应，分析了不同计算模型对钢桥地震反应计算结果的影响。研究结果表明，当钢桥的地震损伤程度较轻时，纤维模型具有较好的计算精度，用破坏区平均应变来验算纤维模型的损伤程度是一种可行的方法。 2、根据钢桥墩在水平反复荷载以及强震作用下的弹塑性行为分析，讨论了设计参数对单箱室方形截面结构地震损伤域长度的影响，提出了钢结构节点的地震损伤域长度经验公式，进而得到了多种尺度混合单元模型在地震损伤域的单元离散化要求。 3、按照前述单元离散化要求，分别建立了两座钢拱桥的混合计算模型并进行弹塑性地震反应分析，讨论了钢拱桥的地震反应特点，对比了不同模型的计算结果，验证了多种尺度混合单元模型网格离散化要求的适用性。 4、采用精细的多种尺度混合单元模型对一座中承式钢拱桥进行弹塑性地震反应分析，讨论了主震引起的结构残余变形以及地震损伤程度。在此基础上，系统地研究了震后残余变形对钢桥抗震性能退化的影响。结果表明，主震引起的残余变形对桥梁抗震性能退化的影响较小。 5、通过试验研究了桥梁常用钢材在循环荷载和单调荷载组合下的破坏特点，考察了钢材低周疲劳损伤累积和延性极限的互相关系，研究了三轴平均应力大小对钢材损伤累积发展的影响。研究结果表明，钢材的两种破坏形式之间没有明显的耦合关系，三轴平均应力对材料损伤累积的发展有较大的影响。 6、以多条实际发生的地震系列作为输入，通过精细的多种尺度混合单元模型对一座中承式钢拱桥进行了非线性地震时程反应分析，考察了复杂钢桥在强震作用过程中的损伤累积与发展，讨论了不同的损伤模型对评估桥梁结构低周疲劳损伤发展的影响。研究结果表明，在强震序列作用下钢桥的损伤快速累积但不至于发生断裂破坏，采用不同的损伤指标对钢桥损伤累积进行评估时差异较小。 |
| 作者： | 唐站站 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 谢旭 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 浙江大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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