强震作用下曲线连续梁桥碰撞响应分析

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1、强震作用下曲线连续梁桥碰撞响应分析重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：杨跃威指导教师：李正英副教授专业：土木工程学科门类：工学重庆大学土木工程学院二O一五年五月SeismicPoundingAnalysisofCurvedContinuousGirderBridgeAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByYangYueweiSupervisedbyAssociateProf.LiZhengyingSpecial

2、ty:CivilEngineeringCollegeofCivilEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay2015中文摘要摘要桥梁是交通网络的枢纽工程，曲线连续梁桥由于其对空间和线形的限制有着良好的适应性，在高速公路的中小桥梁、公路及城市道路的立交工程、大型跨河桥梁两端的引桥中有着广泛的应用。同时由于结构的不规则性，曲线桥梁是地震中的易损结构，一旦遭遇强烈地震破坏，不仅会导致巨大的经济损失，而且震后修复极其困难，所以曲线桥梁的抗震防灾问题一直受到学术界和工程界的高度重视。多次强烈地震中的桥梁结构震害表明，相邻结构的碰撞是引起结构

3、破坏的主要原因。而曲线桥梁由于结构平面曲率的影响和相邻跨墩高的不同，导致动力特性差异较大，更易引起相邻构件的碰撞。2008年我国汶川地震中，有很多桥梁由于碰撞而导致破坏，其中曲线桥的破坏尤为明显。因此，本文针对强震作用下曲线桥梁的碰撞响应展开研究，以期了解曲线桥梁的碰撞机理，对曲线桥梁的抗震减灾设计提供一些参考。本文主要研究内容如下：①总结并讨论了桥梁碰撞的理论分析、试验和分析模型研究现状以及桥梁抗震和碰撞反应分析方法。对桥梁地震碰撞作用的模拟方法，即恢复系数法、接触单元法及三维接触摩擦单元方法进行了对比分析，为考虑曲线梁桥的不均匀碰撞，提出采用基于三维接触摩擦方法进行曲线梁桥的碰撞反应分

4、析。②以西南山区高速公路常用的双柱式桥墩桥梁为工程背景，基于ABAQUS平台建立了曲线桥三维有限元实体单元模型。为更好的模拟和研究伸缩缝处的碰撞响应，又保证计算的可行性，采用多尺度法来划分网格，针对接触碰撞部分建立精细有限元模型，其它部位采用较大的网格尺寸。结合罚函数法和接触搜索算法，建立能考虑曲线梁相邻构件间不均匀碰撞的三维接触碰撞分析模型。③通过非线性动力时程方法分析曲线桥的碰撞响应，发现强震作用下曲线桥极易发生碰撞，且碰撞瞬间产生很大的碰撞力，导致钢筋混凝土受压和受拉损伤。考虑碰撞响应显著增加了主梁的径向位移，对墩顶位移和墩底扭矩也有明显影响，进一步加剧了桥墩的破坏，因此在曲线梁桥抗

5、震设计中应考虑碰撞响应对结构的影响，并积极采取减轻碰撞响应的措施。④探讨了曲率半径、伸缩缝间距、桥墩高度以及地震动输入方式对碰撞响应的影响。研究表明，曲率半径小的桥梁更易受到扭转偏心的影响，伸缩缝处相邻构件一般发生局部碰撞，而直线桥主要是相邻构件间发生点对点的正面碰撞。相邻构件的伸缩缝间距对碰撞有明显影响，伸缩缝间距比较小时，发生的碰撞次数比较多，但碰撞力比较小；当伸缩缝尺寸增大时，碰撞次数虽然减少，但碰撞力增大。桥墩墩高增大会增加伸缩缝处的碰撞力，不等高墩的碰撞力大于等高墩的I重庆大学硕士学位论文碰撞力。地震动的输入角度，对伸缩缝处的碰撞响应有明显差异，输入方向与伸缩缝方向的夹角越大，越

6、容易发生纵向碰撞，且碰撞产生的碰撞力比较大。不同地震动对结构的碰撞响应有明显差异，通常地震动双向输入时的碰撞应力比单向输入时大。关键词：曲线连续梁桥，地震作用，碰撞响应，接触单元，实体模型II英文摘要ABSTRACTBridgeisthepivotalprojectofthetransportationnetwork.Andcurvedcontinuousgirderbridgecanfittherestrictionsofspaceandbridgealignmentsowellthatitisusedwidelyinthehighway’ssmallandmedium-sizedbri

7、dge,interchangeprojectofcityroad,andtheapproachbridgesofthelargebridgeacrossariver.However,becauseofitsirregularity,thecurvebridgeisseismicvulnerable.Whenconfrontedwiththeearthquake,itwillnotonlycausehugeeconomic