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限位墩对长联梁桥抗震性能的建筑学初步探讨

发布时间:2019-03-25 19:16 博亚体育编辑:lgg 价格: 所属栏目:建筑学博亚体育 关键词: 限位墩长联梁桥抗震性能

本文是一篇建筑学博亚体育,当代生态建筑学是从整体有机联系上以生态规律来揭示并协调人、建筑与自然环境和社会环境的相互关系。其实施手段,更以当代科学技术的物质条件为重。

本文是一篇建筑学博亚体育,当代生态建筑学是从整体有机联系上以生态规律来揭示并协调人、建筑与自然环境和社会环境的相互关系。其实施手段,更以当代科学技术的物质条件为重,来实现人在自然生态系统下构建人工生态系统,以其间的具体的、物质的交流,争取达到最优关系。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇建筑学博亚体育,供大家参考。
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第一章 绪论
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1.1 课题研究背景与意义
就全球范围来讲,有三个大的地震带,其中最大的一个位于环太平洋地区,称之为俯冲带的板块边界,它集中了全世界地震的 80%。第二个地震带,称之为欧亚地震带,我们称之为碰撞带,它集中了世界上 15%左右的地震,以中源浅源为主。从全球范围来讲,我国地处于欧亚板块的中南部,被印度版块、太平洋板块所挟持,在板块间的相对作用和板内动力作用下,导致我国成为世界上地震活动最强烈的国家之一[1]。地震过后,许多建筑物发生了倾斜、失稳,甚至倒塌,给人们带来巨大的经济损失和人员伤亡。1976 年的唐山大地震顷刻间造成 24 万居民死亡,这样巨大的地震灾害在近现代史上是极为少见的[2-3]。留下惨痛回忆的地震,一般来说具有爆发的突然性,另外当地震发生在人烟稠密的地方时,就会造成严重的后果。对于地震来说,我们一般不知道它到底什么时候会发生,也很难预计它产生后果的严重性。据科学家统计,现在我们每年监测到的地震达 100 万次以上,但实际上大的地震也就 20 多次,这种地震若发生在人烟稀少的地方,也不会产生非常严重的后果,但事实上,对于全球 70 多亿的人口来讲,大概有十分之一的人口居住在强震带附近,这样地震造成威胁,就成为一个非常现实的问题。随着对地震断层研究的深入,人们都关心自己的脚下是否有地震断层。每个国家几乎都认为有比较安全的城市。位于西太平洋的日本一个地震发生频繁的国家,它处于三个主要的地壳断层连接处,每年要经历 1000 多次地震的袭击,相当于地球地震释放总能量的 10%。1923 年 9 月 1 日,以日本东京—横滨为中心发生着名的关东大地震,强度达 8.3 级,震源深度为 10km,死亡 14.3 万人。1994 年 1月 17 日,在美国加州发生 Northridge 地震,地震动持续了约 20s,发生大地震一年后的同一天,日本神户发生里氏 7.2 级地震,地震共持续了 20 多秒,记录到的最大地面水平加速度峰值约为 0.8g,竖向最大加速度约为 0.3g。
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1.2 限位墩概念的提出
根据汶川地震震害分析可知:长度较大、联数较多的桥梁震害明显高于中小桥梁,表现为较长桥梁桥墩和主梁的严重破坏以及发生落梁。主要原因是多联长桥的伸缩缝较多,造成主梁较大的的运动空间,在强烈地震荷载下墩梁的相对位移就大,从而可能会引起碰撞。而桥台作为梁式桥的基本构件,在地震荷载的作用下,主梁结构与桥台发生碰撞,由于桥台较大的抗推刚度会约束主梁的纵向位移,有效的减弱了主梁间的位移传递,进而降低了由于位移过大而发生落梁的风险。受桥台有限制主梁纵向位移的启发,研究者提出了在多联长桥中某几联适合的位置设置较大刚度的“抗震制动墩”,即限位墩,来替代普通墩,起到于桥台的作用,在地震荷载的作用下,较大刚度的限位墩将会限制主梁的纵向位移,类似于将多联长桥分成短桥,减小墩梁相对位移,降低主梁之间的碰撞所带来的震害。
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第二章 碰撞分析及有限元模型简介
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2.1 引言
地震作用下,空间相邻结构之间因为存在间隙而极易发生碰撞现象,碰撞不仅会引起结构的损伤,甚至会导致结构的倒塌。对于桥梁来说,由于主梁和桥墩之间设置活动支座,在地震作用下,若墩-梁、台-梁、梁-梁之间的相对位移响应过大,极易引起主梁与邻梁之间、主梁与挡块之间、主梁与桥台之间的碰撞效应,见图 2-1。一场地震给场地造成的破坏程度是有多个因素共同决定的,包括峰值加速度,频谱以及持续时间。多次地震情况表明,有高峰值加速度地面运动但只高频成分且持续时间很短所产生的破坏可能很小,而一次持续时间很长且具有低频成分的中等强度的地震产生的破坏可能较大。由碰撞引起的桥梁破坏是非常常见的,碰撞主要发生在邻梁的伸缩缝处,而碰撞机理是一个非常复杂的动力学问题,首先碰撞是瞬间产生的,并伴随着局部开裂、局部塑性变形、摩擦、剥落、由碰撞产生的应力波在梁内传递等复杂的行为。而地震波的随机性以及行波效应又使问题更加复杂。
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2.2 碰撞分析模型
为了研究主梁断面之间的任意接触碰撞,Zhu[28]等发展了一种三维接触-摩擦模型。2002 年,Zhu[38-42]等对三维接触-摩擦模型进行模型试验研究,研究表明这种碰撞模型能用于模拟多方向的碰撞。碰撞面接触可分为法向和切向两种接触方式,发生地震时,相邻主梁之间在接触面上不但有纵向位移,同时也存在侧向位移,而侧向位移则就会在接触面的切线方向产生摩擦。基于点面接触理论且考虑边界过盈的三维接触-摩擦模型,接触的整个过程迭代依赖于时间的最小增量步,求解过程中考虑到了材料非线性和几何非线性对接触问题的影响。特别是不规则形状的面与面接触,通常需要花很大代价来求解,这会导致运算不收敛。通常采用增量步的方法来求解接触问题。
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第三章 桥墩等高的典型长联桥.......31
3.1 动力特性分析........... 31
3.2 限位墩个数对结构动力响应的影响....... 34
3.3 伸缩缝间距对结构的动力响应的影响........... 67
3.4 跨径对结构动力响应的影响........... 87
3.5 本章小结......... 105
第四章 限位墩对不规则桥梁抗震性能的影响 ....107
4.1 不等高桥型..... 107
4.2 曲线桥梁......... 122
4.2.1 结构动力特性 ........ 122
4.2.2 限位墩个数对结构动力响应的影响 .... 125
4.2.3 伸缩缝间距对结构动力响应分析 ........ 129
4.3 本章小结......... 137
第五章 结论和展望.........139
5.1 本博亚体育研究的主要结论......... 139
5.2 展望......... 140
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第四章 限位墩对不规则桥梁抗震性能的影响
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上一章主要探讨了墩高相同直线型规则桥梁在不同地震加速度一致激励的情况下动力结构响应,规则桥梁的一般受一阶振型主导,在跨数、质量分布、几何形状以及刚度分布上满足一定的限制。鉴于本文主要研究高烈度山区长桥地震反应特点,本章有必要研究限位墩在不规则桥梁下的地震反应。
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4.1 不等高桥型
墩作为桥梁下部结构的重要构件,高度的改变直接影响着下部结构刚度的改变。对于双柱墩简支梁桥,刚度的改变直接影响着桥梁的动力特性,本节在跨径和桥长保持一定的条件下(3×4×30m),通过墩高度的变化(跨沟谷桥),分析各长桥在不同峰值加速度下的动力响应,分析所采用的墩高分别为 5m、9m、13m、17m、21m、25m、29m、25m、21m、17m、13m、9m 和 5m,伸缩缝间距为 8cm,跨径为 30m,结构尺寸参数见表 4-1。在 Taft 地震波峰值加速度为 0.4g 和 0.7g 作用下,分析其结构动力响应。振动模态是桥梁结构自身特有的振动形式,每一阶模态都对于其固有的振型、频率、阻尼。他们都是进行动力分析的重要参数。振型也就是桥梁振动的形态,第一阶振型也是最容易被激振出来,也就是说第一阶振型其主导地位,振型阶数越高,其对运动形式的贡献就越小,那么桥梁前几阶振型的研究是很有必要的。鉴于篇幅的影响,这里只列出 0、1、2 个限位墩三种桥型的前六阶振型。
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结论
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本文通过有限元 Abaqus 建立桥梁模型,采用接触搜索算法来研究碰撞作用。通过地震作用下的时程反应分析,主要以桥梁限位墩数量、限位墩墩顶伸缩缝间隙和跨径作为参数,在三种不同的地震加速度一致激励下,分析六联长桥(24 跨)在地震荷载作用下的动力响应,通过对一座六联长桥的分析,得出了限位墩有一定的限位能力。以三联(12 跨)长桥为基础,在 Taft 地震波的作用下,分别讨论了不同个数的限位墩和不同伸缩缝间距对不等高直桥和弯桥结构动力响应的影响。本文所得到的结论为长桥中限位墩的设计提供参考,博亚体育取得的主要研究结果如下:
(1)经过对限位墩个数的初步研究得到限位墩数量越多,全桥纵向抗推刚度增加,在地震荷载的作用下,变形减小,导致上部结构位移随之减小。从经济的角度出发,考虑桥梁可能遭受罕遇地震,限位墩显着降低墩梁相对位移的效果,推荐在实际桥梁工程中针对 24 跨等高长联梁桥型,采用 3 个限位墩。
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