强震作用下桥梁的碰撞效应及对应措施

论文摘要

桥梁作为交通运输生命线的重要组成部分,其抗震防灾越来越受到人们的关注。强震来临时,桥梁在纵、横方向容易发生较大位移,引起碰撞,导致支座失效、上部结构端部开裂、伸缩缝破坏等,严重时会发生落梁等严重灾害。本文针对强震时桥梁的碰撞反应进行分析,所做的主要工作为：(1)在查阅大量国内外文献的基础上,论述了地震对桥梁带来的灾害,回顾和总结了桥梁碰撞问题的研究现状,包括桥梁碰撞的研究历程、分析方法和试验研究。(2)回顾并评价了桥梁碰撞问题的计算方法,介绍了接触单元法的各种模型,并重点分析Kelvin模型并选其为本文研究的碰撞模型,探讨了其参数的取值范围,并介绍了在软件SAP2000中该模型的模拟方法。(3)论述了桥梁抗震非线性分析方法及相应的分析软件,介绍软件SAP2000在进行非线性时程分析的特点。针对桥梁的桥墩、支座和伸缩缝在地震来临时的非线性表现,建立其非线性模型,并说明了如何在软件SAP2000中实现非线性模型的模拟。(4)通过对一座两联连续梁在地震碰撞作用下的非线性时程分析,探讨了碰撞对桥梁的影响。指出地震时桥梁的碰撞效应不可忽略,讨论了桥墩的非线性、支座刚度、伸缩缝间距、结构基本周期和相邻联周期等因素对桥梁碰撞的影响。(5)对现有的防碰撞措施进行了论述和比较,介绍了各国规范在防落梁方面的规定。并以在桥梁中引入连接装置的方法为例,通过模拟其力学行为,分析了它在桥梁防碰撞和落梁中的作用,指出在现有桥梁中,连接装置能有效减少桥梁碰撞和落梁的可能性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 地震灾害
• 1.2 桥梁震害及分析
• 1.2.1 连续梁和简支梁落梁
• 1.2.2 支座破坏和梁体位移
• 1.2.3 下部结构和基础的震害
• 1.2.4 梁体碰撞、梁体与挡块的碰撞引起的挡块及伸缩缝的破坏
• 1.2.5 桥台的破坏
• 1.2.6 拱桥的破坏
• 1.3 桥梁碰撞引起的灾害和分析
• 1.4 桥梁碰撞问题的研究现状
• 1.4.1 碰撞问题的研究历程
• 1.4.2 接触碰撞问题的分析方法
• 1.4.3 碰撞问题的试验研究
• 1.5 本文的主要工作
• 第2章 接触碰撞问题的分析方法
• 2.1 引言
• 2.2 接触单元法
• 2.2.1 线性弹簧碰撞模型
• 2.2.2 Kelvin模型
• 2.2.3 Hertz碰撞模型
• 2.2.4 Hertzdamp碰撞模型
• 2.2.5 三维接触-摩擦碰撞模型
• 2.2.6 考虑支座非线性与墩柱弹塑性的碰撞模型
• 2.3 碰撞单元的模拟与参数取值
• 2.3.1 不考虑波动效应
• 2.3.2 考虑波动效应
• 2.4 Kelvin模型中参数取值范围及方法
• 2.5 SAP2000中碰撞单元的模拟
• 2.6 本章小结
• 第3章 桥梁碰撞的非线性模拟理论及建模方法
• 3.1 引言
• 3.2 常用的非线性分析方法和现有的分析软件
• 3.2.1 常用的非线性分析方法
• 3.2.2 现有分析软件
• 3.2.3 软件SAP2000在进行非线性时程分析时的特点
• 3.3 桥墩的非线性模拟
• 3.4 桥墩塑性弯曲能力分析
• 3.4.1 无约束混凝土的应力-应变曲线
• 3.4.2 约束混凝土的应力-应变曲线
• 3.4.3 钢筋的应力-应变关系
• 3.4.4 钢筋混凝土截面的轴力-弯矩-曲率分析
• 3.5 支座的模拟
• 3.5.1 板式橡胶支座
• 3.5.2 聚四氟乙烯滑板橡胶支座
• 3.6 伸缩缝的模拟
• 3.7 本章小结
• 第4章 桥梁碰撞的结果分析
• 4.1 引言
• 4.2 模型介绍及参数取值
• 4.3 计算结果对比分析
• 4.3.1 桥梁的基本动力特性
• 4.3.2 是否考虑碰撞对桥梁的影响
• 4.3.3 考虑桥墩非线性对桥梁碰撞的影响
• 4.3.4 考虑不同间隙对桥梁碰撞的影响
• 4.3.5 考虑支座特性不同对桥梁碰撞的影响
• 4.3.6 考虑结构基本周期对桥梁碰撞的影响
• 4.3.7 考虑相邻联周期不同对桥梁碰撞的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 防桥梁碰撞及落梁措施
• 5.1 引言
• 5.2 防止桥梁碰撞的方法
• 5.2.1 建立合理的邻梁间隙
• 5.2.2 安装耗能装置
• 5.3 防止桥梁落梁的方法
• 5.3.1 美国规范的设计方法
• 5.3.2 日本规范
• 5.3.3 中国规范
• 5.4 加入连接装置的模型分析
• 5.4.1 建立模型
• 5.4.2 结果分析
• 5.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢