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基于OpenSEES的圬工拱桥垮塌有限元仿真分析
| 论文题名： | 基于OpenSEES的圬工拱桥垮塌有限元仿真分析 |
| 关键词： | 圬工拱桥;垮塌工程;有限元仿真;内力分析;OpenSEES平台 |
| 摘要： | 桥梁是国民经济重要的生命线枢纽工程。然而，一方面，在桥梁建设过程中，可能存在的各种不规范施工行为；另一方面，自桥梁开始建造起，就受到各种荷载和环境变迁的作用，严重的甚至可以导致桥梁的垮塌破坏，造成严重的人员伤亡和经济损失。圬工拱桥以其受力简洁，造价低廉的独特优势在20世纪60年代达到建设的全盛时期。这些桥梁运行至今，很多面临垮塌的安全隐患。鉴于此，研究圬工拱桥垮塌机理，探究垮塌的原因显得尤为必要。 本文通过选用免费开源的有限元计算程序OpenSEES为求解核心，在作者所在的课题组前期开发的圬工拱桥建模平台内建立有限元模型，结合单元生死和垮塌动力计算等技术实现对圬工拱桥在一定工况下的垮塌模拟，对圬工拱桥垮塌过程进行了详细研究，主要包括： (1)系统的总结了圬工拱桥垮塌有限元计算原理，结合单元生死技术形成了圬工拱桥垮塌过程计算的有限元求解思路； (2)针对圬工拱桥垮塌计算需要，验证了OpenSEES中用于圬工拱桥垮塌计算的两种单元的计算精度，并判断了OpenSEES中接触单元在桥梁垮塌过程模拟应用中的可行性； (3)配合课题组开发出圬工拱桥垮塌过程模拟所用到的前处理建模工具及后处理垮塌演示平台和实体模型截面内力积分工具，并测试其准确性： (4)对OpenSEES几何非线性单元进行了二次开发，为其添加了质量矩阵，并验证了二次开发后的几何非线性单元TLFD8nBrick的求解精度； (5)采用本文垮塌技术对一座两垮圬工拱桥的垮塌实验进行了模拟，对比了两者垮塌形态，证实了垮塌模拟技术的可行。 最后，本文以堤溪沱江大桥为例，实现了从建模计算到垮塌全过程模拟，并采用截面内力积分工具分析了该桥垮塌前关键截面内力分布和发展趋势。 研究结果表明，本文基于OpenSEES平台上的垮塌模拟技术，可有效的模拟圬工拱桥垮塌过程，同时本文基于桥梁关键截面内力分析思路为揭示圬工拱桥的垮塌机理提供了直观的分析手段。 |
| 作者： | 刘书镐 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 张新军;彭卫兵 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江工业大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
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