详情

原文传递非规则桥梁地震模拟振动台试验及碰撞反应谱研究

论文题名：	非规则桥梁地震模拟振动台试验及碰撞反应谱研究
关键词：	曲线桥梁;地震荷载;动力反应;抗震设计
摘要：	曲线桥梁已被广泛用于公路立交区以及跨海大桥引道等。由于平面和立面不规则，曲线桥梁在地震作用下，存在多种变形耦合效应，力学性能复杂。实际地震是多点多维的复杂运动，由于行波效应、场地效应和不相干效应等因素，大跨度曲线桥梁各个支点受到的地震激励不同，加之曲线桥梁的不规则性，结构实际受到的地震作用更为复杂，仅仅考虑单点或一维或地震作用并不能满足抗震需求，应考虑多点或多维地震耦合作用。震害表明，地震引发的梁体间碰撞效应显著，是引起桥梁灾害的重要因素之一。结合震害调研和科学试验，建立正确、合理的力学模型和分析方法，研究非规则桥梁在多点或多维地震激励下的动力反应和破坏模式，研究桥梁碰撞效应和损伤机理，是非规则桥梁抗震研究的重要课题。　　本研究主要内容包括：⑴设计和制作几何相似比为1/20的两跨钢筋混凝土C形和S形曲线桥梁实体模型，采用扩展振动台系统进行了单向非一致激励下的地震模拟振动台试验。分析了这两种曲线桥梁在单向非一致激励下的破坏形态和地震响应特征，用于指导该类型曲线桥梁结构的抗震设计。⑵设计和制作了几何相似比为1/20的钢筋混凝土人字形异性箱梁截面曲线桥梁，进行了多维激励下的地震模拟振动台试验。研究了在多维激励下该非规则桥梁直线梁和曲线梁的动力响应及差异，并对该类型桥梁分支处的梁和墩响应、碰撞效应进行了分析和探讨。⑶采用碰撞接触单元模拟梁体间碰撞力，建立了桥梁结构碰撞力学模型，推导了相应的多自由度体系动力学方程。提出利用精细积分法求解碰撞运动方程的思路，并进行算例验证，证明了精细积分法应用于碰撞动力分析精度高、稳定和可靠的特点，使碰撞问题求解的计算效率和计算精度得到较大幅度提高。⑷将桥梁伸缩缝处两侧主梁和下部结构做理论简化，取被简化为两个单自由度体系的典型相邻联跨梁进行研究，并据此设计和制作了忽略几何相似比的四组碰撞结构试件，进行了结构碰撞的地震模拟振动台试验，探讨了结构碰撞力响应的影响因素和影响程度等。⑸基于结构碰撞地震模拟振动台试验，将线弹性模型、粘弹性模型、非线弹性模型和非线弹性-阻尼模型用于碰撞过程中碰撞力的数值模拟，并根据结构的碰撞力确定了碰撞接触模型参数；根据数值模拟结果，对四种接触单元模型的特点和适用性进行分析；结合已有碰撞试验和理论研究，探讨了碰撞接触单元模型碰撞刚度的取值问题。⑹提出了结构碰撞力反应谱概念，基于结构碰撞地震模拟振动台试验参数和精细积分法计算，进行了碰撞力反应谱研究，探讨了包括碰撞接触刚度、恢复系数、间隙、阻尼比和质量等参数对结构碰撞效应的影响。⑺提出采用并行计算算法进行数值计算的策略，由编程语言创建多个并行计算任务，最大程度发挥多CPU计算机平台性能，有效提高了结构碰撞反应谱的计算效率。⑻提出碰撞加速度反应谱和碰撞动力系数反应谱概念，进行了考虑碰撞和不考虑碰撞的加速度反应谱的分析与对比，探讨了阻尼比和间隙等参数对结构碰撞效应的影响；为探讨结构碰撞平均响应相对于地震动输入的放大量值，采用Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类场地的地震动输入，进行了不同场地碰撞动力系数反应谱研究，分析不同场地的地震动输入下，阻尼比和间隙等参数对碰撞效应的影响程度。⑼建立人字形曲线桥梁分析模型，进行了多维激励下的碰撞响应特点研究，分析多维激励下，碰撞对结构位移、加速度、梁体间碰撞力以及内力的影响，探讨强地震作用下人字形曲线桥梁的地震碰撞机理和动力响应规律。
作者：	尹俊红
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	李青宁
授予学位：	博士
授予学位单位：	西安建筑科技大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文