非规则桥梁地震模拟振动台试验及碰撞反应谱研究

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1、分类号U448学号1101140032而妥達痰科技太#学位论文非规则桥梁地震模拟振动台试验.’r••I-'、i"i••、.，•'?;y•、"ifr1••及碰撞反应谱研究作者__________尹俊红_________指导教师姓名_____李青宁，教德______由请学位级别博士专业名称桥梁与隧道工程论文提交日m2015.5.22论文答辩日期2015.5.21学位授予单位函要邊统斜妓太營答辩委员会主席____________声明本人郑重声明我所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中已经标明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表

2、或撰写过的研究成果，也不包含本人或其他人在其它单位已申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的所有贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者签名：可1日期j:.z丨关于学位论文使用授权的说明本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存学位论文。(保密的论文在论文解密后应遵守此规定）论文作者签名：f指导教师签名日期:>0

3、/纟，~本人授权中国学术期刊（光盘版）杂志社、中国科学技术信息研究所等单位将本学位论文收录到有关“学位论文数据库”之中，并通过网络向社会公众提供信息服务。因某种特殊原因需要延迟发布学位论文电子版，同意在□一年/□两年/□三年以后，在网络上全文发布。（此声明处不勾选的，默认为即时公开）论文作者签名:指导教师签名:日期：20/5.注：请将此页附在论文首页。西安建筑科技大学博士学位论文非规则桥梁地震模拟振动台试验及碰撞反应谱研究专业：桥梁与隧道工程博士生：尹俊红指导教师：李青宁教授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

4、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。针对以上问题，本文做了如下主要研究工作：1、设计和制作几何相似比为

5、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。2、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。3、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

6、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。I西安建筑科技大学博士学位论文4、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。5、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

7、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。6、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。7、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。8、提出碰撞加速度反应谱和碰