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原文传递曲线连续梁桥地震碰撞分析与减碰方法

论文题名：	曲线连续梁桥地震碰撞分析与减碰方法
关键词：	曲线刚构连续梁桥;地震碰撞效应;碰撞单元;显式非线性接触;缓冲材料;减碰方法
摘要：	强烈地震作用下，曲线梁桥的主梁之间以及主梁与桥台之间容易发生碰撞，剧烈的地震碰撞过程中存在严重的材料非线性和接触非线性问题，可能造成主梁断面局部区域的破坏，引起过大的切向位移，出现桥梁顺桥向落梁。同时也可能产生很大的径向位移，对盖梁和挡块产生不可恢复的破坏。由于曲线梁桥自身的弯扭耦合特性和弧线的不规则性，曲线梁桥的地震碰撞效应非常复杂，相关的国内外学术研究较少。本文以一座四跨曲线刚构连续梁桥为研究对象，运用接触单元法和显式非线性分析方法，分别建立简化的和精细化的有限元计算模型，研究曲线刚构连续梁桥主梁、桥墩、桥台背墙和挡块在考虑碰撞与未考虑碰撞，以及在两条不同地震动作用下的碰撞机理，并根据相关的碰撞特点提出减轻碰撞的合理方法，为曲线刚构梁桥地震破坏现象的合理解释提供了重要的理论支持。　　采用简化的接触单元分析方法，建立曲线刚构连续梁桥的多碰撞点有限元计算模型，在三向地震动作用下，研究了主梁与桥台碰撞效应的变化规律。结果表明，曲线梁桥在地震作用下较容易发生碰撞，碰撞产生很大的撞击力，从而使得主梁的内力响应明显增大，主梁端部的碰撞力和顺桥向位移均呈现出由曲线内侧到外侧增大的趋势，但是地震碰撞对墩底内力影响较小，并且使得主梁节点的顺桥向位移比未考虑碰撞时变小。　　采用显式非线性接触搜索分析方法，充分考虑主梁梁端与桥台背墙、曲线内外侧挡块的相互碰撞作用，建立曲线梁桥精细化实体模型，在强震作用下梁端与桥台的碰撞使主梁端截面处产生很大的不均匀碰撞力，并且随着地震动频谱特性的差异而呈现出不同的碰撞时间和碰撞次数，碰撞力改变了主梁节点的振动形态。地震碰撞增大了曲线梁桥主梁端截面不同位置节点的加速度和应力，且增大效应呈现出从梁体近碰撞点至远碰撞点逐渐衰减的趋势，对桥墩墩底内力的影响不明显，在桥台底部出现较小的应力脉冲。碰撞增大了结构系统的动能，对挡块的破坏程度大于对桥台背墙的破坏程度，并且根据计算结果得知碰撞对桥台背墙曲线外侧的影响要大于背墙曲线内侧，对曲线外侧挡块的破坏比曲线内侧挡块的破坏更大，这为地震中曲线梁桥挡块的抗震设计提供了理论依据。　　在曲线梁桥的主梁与背墙之间以及主梁与两侧挡块之间安装一定厚度的橡胶缓冲材料，计算分析了缓冲材料对主梁不同位置的节点加速度和单元应力等效应的减缓效果，橡胶缓冲材料减小了系统碰撞的总能量，对碰撞力的减缓作用明显，缓解了桥梁碰撞效应振荡的剧烈程度。总体上来看，缓冲材料能对曲线刚构连续梁桥起到很好的减碰效果，特别是显著减小了容易遭受破坏的挡块的脉冲碰撞效应，橡胶缓冲材料可应用于曲线梁桥的实际工程抗震之中。
作者：	胥强
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	亓兴军
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东建筑大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文