基于opensees高墩桥梁三维地震碰撞效应的研究

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1、摘要摘要近年来的桥梁震害表明，强地震作用下，高墩桥梁地震碰撞破坏现象十分显著。由于地震碰撞机理复杂，且会对高墩桥梁造成很大影响，致使梁端、桥台或挡块等开裂，支座破损失效甚至落梁，因此有必要对高墩桥梁地震碰撞问题以及防地震碰撞措施进行研究。本文在阅读总结大量文献的基础上，对高墩桥梁地震碰撞效应进行了详细地分析研究，并初步探讨了防地震碰撞措施。主要研究内容如下：1.三维接触摩擦碰撞模型实现与验证。利用OpenSees的二次开发功能，编制三维接触摩擦碰撞单元程序，通过简单算例对其进行数值验证。2.高墩桥梁三维地震碰撞效应分析。基于Ope

2、nSees建立某高墩桥梁三维非线性有限元模型，进行一致激励和考虑行波效应的多点激励地震动作用下的高墩桥梁三维地震碰撞反应分析，分析了高墩桥梁分别在一致激励和考虑行波效应的多点激励下，不同地震动作用下的反应规律，并着重对比分析两者的地震碰撞效应异同及其影响规律。结果发现：高墩桥梁的地震反应与其固有动力特性以及地震动的频谱特性密切相关，地震动的主要周期越接近桥梁的自振周期，其碰撞反应和桥梁反应就越大；行波效应放大了地震碰撞反应，同时对桥墩墩底受力产生不利影响，加剧其破坏，虽然不能确定地震碰撞是造成支座失效并导致落梁的唯一原因，但行波效

3、应对支座的反应有明显的影响。所以在进行桥梁地震碰撞反应分析时有必要考虑多点激励。3.高墩桥梁防地震碰撞初步探讨。在考虑行波效应的多点激励地震动作用下，对比分析了在碰撞位置设置防碰撞阻尼器前后的高墩桥梁地震反应。结果发现：设置防碰撞阻尼器可有效地防止梁间碰撞及梁与挡块间的碰撞，高墩桥梁的整体位移被限制，墩底内力大大减小，减轻了桥墩破坏，有利于改善桥梁整体的抗震性能；但设置防碰撞阻尼器，也会对高墩桥梁产生不利影响，增大了桥面梁破坏的可能性，对支座反应产生了不确定的影响。关键词：高墩桥梁；三维接触摩擦碰撞单元；OpenSees；行波效应

4、；阻尼器IABSTRACTABSTRACTBridgedamagesinrecentyearsshowthatunderstronggroundmotionexcitations,thephenomenonofseismiccollisiondamageofhigh-pierbridgeisverysignificant.itisessentialtostudytheseismiccollisionofhigh-pierbridgeandthemeasuresofanti-seismiccollisionbeacauseofcom

5、plexseismiccollisionmechanismandcausingdeckbeamsendcracked,abutmentcrackedorblockcracked,bearingdamageorfailure,bentfallingcausedbyseismiccollision.Thisarticleanalyzestheseismiccollisioneffectsofhigh-pierbridgeindetailbasedonsummarizingtheextensiveliterature,anddiscus

6、sesthemeasuresofanti-earthquakeimpactpreliminarily.Themaincontentsareasfollows：1Realizationandverificationof3Dcontactfrictionmodel.Programing3DcontactfrictionmodelbasedonOpenSeesredevelopmentfunctionanddoingthenumericalverificationofthemodelbysimpleexamples.2Studyof3D

7、seismiccollisioneffectsofthehigh-pierbridge.Building3Dnonlinearfiniteelementmodelofahigh-pierbridgebasedonOpenSeestodotheanalysisofseismiccollisioneffectsofthehigh-pierbridgeunderuniformexcitationandmulti-excitationconsideringtheeffectoftravelingwave.Andanalyzingthere

8、actionruleunderdifferentgroundmotions,andfocusingonthedifferencesoftheeffectsofseismicpoundingbetweenuniformexcitationandmul