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原文传递桥梁结构连续倒塌研究

论文题名：	桥梁结构连续倒塌研究
关键词：	非线性有限元;多米诺骨牌式破坏;桥梁结构;连续倒塌
摘要：	近年来国内外多起建筑结构、桥梁结构在极端事件作用下发生与初始损伤规模不成比例的连续倒塌事件，结构的抗连续倒塌研究成为广大研究人员关注的焦点问题。多数抗连续倒塌的研究均针对于建筑结构，关于桥梁抗连续倒塌的专门研究则较少。本文从典型连续倒塌事件入手，分析桥梁结构的连续倒塌特性，并结合建筑结构抗连续倒塌的研究成果，提出了桥梁结构的抗连续倒塌设计方法，并对株洲市红旗路高架桥的连续倒塌进行了详细的模拟分析。本文的主要研究工作和结论包括: 　　 1.在综述建筑和桥梁抗连续倒塌的研究现状及相关规范的基础上，分析了桥梁连续倒塌的特性及现行桥梁设计方法的缺陷。桥梁在运营过程中可能遭受的极端荷载具有很强的不确定性，且不同桥型的连续倒塌方式有所不同。目前桥梁设计采用基于可靠度理论的极限状态法，是基于构件层面的设计方法，未全面考虑结构体系，也不考虑桥梁运营过程中可能遭受的极端事件，可靠度理论不适用于桥梁的抗连续倒塌的设计。　　 2.尝试提出桥梁的抗连续倒塌设计体系及针对不同桥型的抗连续倒塌设计方法。针对桥梁抗连续倒塌设计三级目标，提出了相应的设计方法:采用概念设计法保证桥梁的整体合理布置;采用关键构件设计法或关键构件保护措施来防止桥梁结构的初始破坏;假设桥梁发生初始损伤，采用替代路径法或分区隔离法防止剩余结构发生不可接受的连续倒塌。结合提出的桥梁抗连续倒塌设计方法，对梁式桥、斜拉桥、悬索桥和拱式桥的抗连续倒塌设计进行了具体分析。　　 3.阐述了连续倒塌数值模拟的LS-DYNA动力有限元实现过程，包括非线性有限元控制方程、显式中心差分法、接触与碰撞处理、时间步长控制及算法稳定性等方面。常用的混凝土动力本构关系模型包括混凝土损伤模型、HJC模型、动力硬化帽模型等，通过分析比较，本文模拟桥梁连续倒塌时采用混凝土损伤模型。连续倒塌数值模拟时还应考虑网格尺寸效应及材料的应变率效应。　　 4.详细介绍了株洲市红旗路高架桥的基本情况及连续倒塌过程，建立非线性动力有限元模型对该桥的连续倒塌作了数值模拟分析。结果表明，上部空心板发生初始破坏下落后与桥墩的碰撞力很大，桥墩破坏后相邻桥跨的空心板下落与前方桥墩发生碰撞导致其发生破坏，进而导致“多米诺骨牌式”的连续倒塌。另外还对某一块空心板发生初始破坏下落后桥墩的损伤情况进行了模拟计算。计算结果表明，某一块板发生破坏下落后对桥墩的撞击力虽较大，能导致桥墩发生局部损伤、偏位及扭转，但不会导致桥墩完全倒塌，也就不会导致整座桥梁的连续倒塌。结合以上计算结果，提出采用关键构件设计法和分区隔离法可进行多跨简支空心板桥的抗连续倒塌设计。
作者：	成丕富
专业：	土木工程
导师：	任伟新
授予学位：	硕士
授予学位单位：	中南大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文