铁路桥梁支座数值仿真研究

论文摘要

桥梁支座是连接桥梁上下结构的重要构件,能将桥梁上部结构的反力和变形(位移和转角)可靠地传递给桥梁下部结构。其力学性能及可靠性对桥梁结构的正常承载和安全性有重要的影响。然而由于试验中存在困难,工程上通常主要是验证中、小吨位支座的强度、刚度是否足够,很难系统地试验、研究大吨位支座的各项性能。为了更好地研究探索各种支座的结构及性能情况,应用现阶段日益成熟的软件技术来建立起一种可以恰当地模拟这一情况的方法是十分有意义的。本论文主要针对铁路桥梁上最常使用的盆式橡胶支座和抗震支座进行了相关的研究,主要解决了以下几个问题。1、运用ANSYS软件对盆式橡胶支座进行了全面的非线性接触有限元分析。有效地模拟了支座的实际受载情况,并将分析结果与相关试验情况进行了比较。研究了主要设计参数：橡胶厚度、盆底厚度、盆环厚度对支座强度、刚度及性能的影响和变化规律。提出了针对盆式橡胶支座主要结构尺寸的合理选取范围和建议,为支座的优化设计提供了参考依据。2、研究了弹性支承时混凝土墩台的受力情况,较系统地探讨了支座和混凝土墩台之间的关系,提出了工程应用中增大支座结构安全裕度的方法。3、采用面向对象的程序设计语言VB和ANSYS本身的APDL参数化技术,对盆式支座非线性有限元分析的过程进行了封装,开发出了盆式橡胶支座结构参数化分析系统。该系统方便、直观,消除了重复建模与分析的弊端,缩短了大量的工作时间。4、研究了地震响应下,在有、无设置支座情况时桥梁结构响应的内力情况,更直观地显示了支座在桥梁结构系统中的具体作用。本文的研究内容和成果,一方面对盆式橡胶支座产品的设计改进和系列化生产有较大的实用价值,同时也能为以后其它类型支座的研究提供一种有效的参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 桥梁支座概述
• 1.1.1 桥梁支座的作用
• 1.1.2 桥梁支座的分类
• 1.1.3 桥梁支座的布置原则
• 1.1.4 桥梁支座的安装与养护
• 1.2 桥梁支座的发展状况及前景
• 1.3 支座的设计特点
• 1.3.1 受力分析
• 1.3.2 位移分析
• 1.3.3 强度刚度校核
• 1.3.4 稳定性校核
• 1.4 本课题研究的主要内容及意义
• 1.4.1 本论文研究的主要内容
• 1.4.2 本论文研究的意义
• 第2章 所用软件及相关技术方法介绍
• 2.1 有限元法的基本理论
• 2.1.1 有限单元法的提出和应用
• 2.1.2 有限元法的优越性与局限性
• 2.2 接触分析概述及应用
• 2.3 参数化设计语言APDL
• 2.4 高级程序设计语言Visual Basic
• 2.5 SAP2000地震响应分析功能
• 第3章 盆式橡胶支座结构及性能研究
• 3.1 概述
• 3.2 盆式橡胶支座力学分析
• 3.3 盆式橡胶支座结构非线性有限元分析
• 3.3.1 支座结构介绍
• 3.3.2 有限元模型的建立
• 3.3.3 有限元计算结果分析
• 3.4 盆式橡胶支座的性能研究
• 3.4.1 承压橡胶板厚度对支座性能的影响
• 3.4.2 盆环厚度对支座性能的影响
• 3.4.3 盆底厚度对支座性能的影响
• 3.4.4 两种支承下支座几项重要数据对比分析
• 3.4.5 弹性支承时混凝土墩台的受力情况研究
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于CAE二次开发的桥梁支座仿真研究
• 4.1 支座研究CAE二次开发的思想及步骤
• 4.1.1 二次开发的思想
• 4.1.2 二次开发的主要步骤
• 4.2 支座研究CAE二次开发的关键技术
• 4.2.1 界面输入数据和APDL命令流的关联
• 4.2.2 VB函数调用ANSYS进行后台计算
• 4.2.3 ANSYS后台计算时如何保存图片
• 4.3 支座研究CAE二次开发的界面及运行结果展示
• 4.3.1 支座结构参数化分析系统输入界面展示
• 4.3.2 支座结构参数化分析系统输出界面展示
• 4.4 本章小结
• 第5章 铁路桥梁支座减隔震特性研究
• 5.1 结构减隔震设计的基本原理
• 5.2 减隔震支座及其模拟方法介绍
• 5.2.1 减隔震支座的基本形式
• 5.2.2 减隔震支座的基本要求
• 5.2.3 减隔震支座与普通橡胶支座的区别
• 5.2.4 橡胶隔震支座的模拟方法
• 5.3 铁路减隔震桥梁的地震响应分析
• 5.3.1 减隔震桥梁模型的简化说明
• 5.3.2 地震波的选择和输入
• 5.3.3 桥梁结构系统地震响应结果分析
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果