非規(guī)則橋梁地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)及碰撞反應(yīng)譜研究.pdf

1、曲線橋梁已被廣泛用于公路立交區(qū)以及跨海大橋引道等。由于平面和立面不規(guī)則，曲線橋梁在地震作用下，存在多種變形耦合效應(yīng)，力學(xué)性能復(fù)雜。實(shí)際地震是多點(diǎn)多維的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，由于行波效應(yīng)、場(chǎng)地效應(yīng)和不相干效應(yīng)等因素，大跨度曲線橋梁各個(gè)支點(diǎn)受到的地震激勵(lì)不同，加之曲線橋梁的不規(guī)則性，結(jié)構(gòu)實(shí)際受到的地震作用更為復(fù)雜，僅僅考慮單點(diǎn)或一維或地震作用并不能滿(mǎn)足抗震需求，應(yīng)考慮多點(diǎn)或多維地震耦合作用。震害表明，地震引發(fā)的梁體間碰撞效應(yīng)顯著，是引起橋梁災(zāi)害的重要因

2、素之一。結(jié)合震害調(diào)研和科學(xué)試驗(yàn)，建立正確、合理的力學(xué)模型和分析方法，研究非規(guī)則橋梁在多點(diǎn)或多維地震激勵(lì)下的動(dòng)力反應(yīng)和破壞模式，研究橋梁碰撞效應(yīng)和損傷機(jī)理，是非規(guī)則橋梁抗震研究的重要課題。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴設(shè)計(jì)和制作幾何相似比為1/20的兩跨鋼筋混凝土C形和S形曲線橋梁實(shí)體模型，采用擴(kuò)展振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行了單向非一致激勵(lì)下的地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。分析了這兩種曲線橋梁在單向非一致激勵(lì)下的破壞形態(tài)和地震響應(yīng)特征，用于指導(dǎo)該類(lèi)型曲線橋

3、梁結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)。⑵設(shè)計(jì)和制作了幾何相似比為1/20的鋼筋混凝土人字形異性箱梁截面曲線橋梁，進(jìn)行了多維激勵(lì)下的地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。研究了在多維激勵(lì)下該非規(guī)則橋梁直線梁和曲線梁的動(dòng)力響應(yīng)及差異，并對(duì)該類(lèi)型橋梁分支處的梁和墩響應(yīng)、碰撞效應(yīng)進(jìn)行了分析和探討。⑶采用碰撞接觸單元模擬梁體間碰撞力，建立了橋梁結(jié)構(gòu)碰撞力學(xué)模型，推導(dǎo)了相應(yīng)的多自由度體系動(dòng)力學(xué)方程。提出利用精細(xì)積分法求解碰撞運(yùn)動(dòng)方程的思路，并進(jìn)行算例驗(yàn)證，證明了精細(xì)積分法應(yīng)用于碰撞動(dòng)力

4、分析精度高、穩(wěn)定和可靠的特點(diǎn)，使碰撞問(wèn)題求解的計(jì)算效率和計(jì)算精度得到較大幅度提高。⑷將橋梁伸縮縫處兩側(cè)主梁和下部結(jié)構(gòu)做理論簡(jiǎn)化，取被簡(jiǎn)化為兩個(gè)單自由度體系的典型相鄰聯(lián)跨梁進(jìn)行研究，并據(jù)此設(shè)計(jì)和制作了忽略幾何相似比的四組碰撞結(jié)構(gòu)試件，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)碰撞的地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，探討了結(jié)構(gòu)碰撞力響應(yīng)的影響因素和影響程度等。⑸基于結(jié)構(gòu)碰撞地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，將線彈性模型、粘彈性模型、非線彈性模型和非線彈性-阻尼模型用于碰撞過(guò)程中碰撞力的數(shù)值模擬，并根

5、據(jù)結(jié)構(gòu)的碰撞力確定了碰撞接觸模型參數(shù)；根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，對(duì)四種接觸單元模型的特點(diǎn)和適用性進(jìn)行分析；結(jié)合已有碰撞試驗(yàn)和理論研究，探討了碰撞接觸單元模型碰撞剛度的取值問(wèn)題。⑹提出了結(jié)構(gòu)碰撞力反應(yīng)譜概念，基于結(jié)構(gòu)碰撞地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)參數(shù)和精細(xì)積分法計(jì)算，進(jìn)行了碰撞力反應(yīng)譜研究，探討了包括碰撞接觸剛度、恢復(fù)系數(shù)、間隙、阻尼比和質(zhì)量等參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)碰撞效應(yīng)的影響。⑺提出采用并行計(jì)算算法進(jìn)行數(shù)值計(jì)算的策略，由編程語(yǔ)言創(chuàng)建多個(gè)并行計(jì)算任務(wù)，最大程度發(fā)揮

6、多CPU計(jì)算機(jī)平臺(tái)性能，有效提高了結(jié)構(gòu)碰撞反應(yīng)譜的計(jì)算效率。⑻提出碰撞加速度反應(yīng)譜和碰撞動(dòng)力系數(shù)反應(yīng)譜概念，進(jìn)行了考慮碰撞和不考慮碰撞的加速度反應(yīng)譜的分析與對(duì)比，探討了阻尼比和間隙等參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)碰撞效應(yīng)的影響；為探討結(jié)構(gòu)碰撞平均響應(yīng)相對(duì)于地震動(dòng)輸入的放大量值，采用Ⅰ類(lèi)、Ⅱ類(lèi)和Ⅲ類(lèi)場(chǎng)地的地震動(dòng)輸入，進(jìn)行了不同場(chǎng)地碰撞動(dòng)力系數(shù)反應(yīng)譜研究，分析不同場(chǎng)地的地震動(dòng)輸入下，阻尼比和間隙等參數(shù)對(duì)碰撞效應(yīng)的影響程度。⑼建立人字形曲線橋梁分析模型，進(jìn)行了多