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1、第卷第期地震工程与工程振动,年月卫】刊陀卫呵】尼’,文章编号众一一一桥梁非线性地震反应分析若干问题研究现状’,,,王东升冯启民凌翟‘贤长桐中国地艇局工程力学研究所,黑龙江哈尔滨刃青岛海洋大学、山东青岛仅刃哈尔滨工业大学,黑龙江哈尔滨父叮刀、一上一摘要评述了钢筋混凝土桥墩非线性地震反应分析模型与损伤评估桩桥梁结构动力相互作用试验与理论研究和伸缩缝处的碰撞效应等问题的研究现状,指出了进一步的发展趋势关健词钢筋混凝上桥墩桩一上一结构相互作用碰撞地震反应分析中田分类号文献标识码一一曰一’,死一而’,一,’,哪,,、一,,一一一一一引言桥梁结构
2、在强烈地震中的性态主要由非线性反应决定,因此非线性地震反应分析在桥梁结构抗震中具有重要的地位。桥梁结构非线性主要来自以下几个方面梁、柱单元的材料非线性地基土的非线性桥梁支座、伸缩缝、挡块等边界及连接单元的非线性由于自重及端部拉力引起的斜向缆索的非线性轴力与伸长量的关系大变形引起的塔、梁和柱单元轴力与弯矩的相互作用以及大位移引起的形状改变。本文试图根据,已有资料对钢筋混凝土桥梁结构非线性地震反应分析中涉及的桥墩建模与损伤评估、土一结构相互作用、伸缩缝处的碰撞效应等问题作一简要总结。钢筋混凝土桥墩非线性地震反应分析模型与损伤评估非线性地展
3、反应分析模型建立的钢筋混凝上桥墩模型可根据其采用的单元模式分为三维杆系模型、纤维模型和钢筋混凝土固体有限元模型类。一一一收稿日期加。修回日期加卜基金项目地震科学联合青年基金资助以力一作者简介王东升男副研究员在职博士生主要从事桥梁抗震研究©1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net地震工程与工程振动卷杆系模型年和幻开发了著名的一程序,在集中塑性铰杆系模型基础上建立了经典的钢筋棍凝土三维屈服面模型,
4、包括屈服面的流动规则、硬化规则和加卸载准则。同济大学也开发了类似程序,某些方面甚至优于,被广泛用于国内大跨度桥梁、立交桥等的抗震分析工作。集中塑性铰模型建立在经典的弹塑性力学屈服面模型基础上,具有计算简单的优点,但只能考虑双线型的力一位移关系,不能考虑刚度和强度退化等效应,而刚度退化效应又是影响结构非线性分析精度的重要因素等,。和,通过引人与截面塑性转角相关的损伤指数定义了随损伤发展的新的屈服面函数,使之能够考虑上述效应。年提出了分布塑性铰杆系模型,以反映钢筋混凝土从开裂到屈服到形成塑性铰的整个塑性,。、、、、区发展过程并开发了程序该
5、模型可以考虑开裂屈服硬化刚度退化强度退化等钢筋混,。万凝土特性并且与损伤指数挂钩等通过试验对其模型控制参数取值进行了详细研究。近来等在美科学基金会和联邦公路委员会资助下开发了一程序,以适应桥梁结构分析要求。,,、、在杆系模型中恢复力滞回模型通常取为弯矩一曲率形式常用的模型有模型模型。,,一模型等当涉及三维问题时建立双向弯矩一曲率滞回模型至关重要在心程序。,中假定双向弯矩一曲率各自独立国内杜宏彪依据试验结果建立了考虑其相互影响的双向弯矩一曲率滞回模型,但从总体上看,由于模型参数的复杂性,限制了其进一步应用。除此而外,三维杆系模型需深人研
6、究的工作还有非线性的弯剪相互作用问题。纤维模型纤维单元模型由叭尼和等提出并完善,这种模型一般做法是对钢筋和混凝土分别划分单元,中间联以连接单元反映二者粘结特性,然后按考虑二者约束关系的本构方程建立各自的柔度方程,再通过一定算法转化为通用的有限元方程。该模型可以很好地模拟双向弯曲和轴力相互作用及包括软化段在内的强非线性效应,并且无须事先建立恢复力模型,但不能反映剪切和钢筋握裹滑移影响。。等详细研究了该模型假设和输入地震动特性对桥墩设计参数的影响问题国内陈幼平采用纤维模型利用大型分析软件对钢筋混凝土圆形截面高架桥桥墩进行了弹塑性地震反应模
7、拟分析,认为桥墩的弹塑性破坏过程和延性系数可以由计算机仿真模拟。目前,纤维模型已广泛应用于单个桥墩的地震反应分析,并且成为检验各类简化的三维杆系分析模型的标准。在此模型基础上开始探讨弯、剪、轴力相互作用问题。纤维模型是桥梁结构动,,、、力分析的一大进步但仍有一些问题如裂缝开展与闭合裂面效应钢筋握裹一滑移剪切变形影响,。,,一等需要进一步研究另外李康宁还提出了与纤维模型相类似的多弹簧模型用于钢筋混凝土结构的地震反应分析。钢筋混凝土固体有限元模型钢筋混凝土固体有限元模型发展己有近三十年的历史,用于分析的模型可分为分离式、组合式和整体式三大
8、类。当前分析工作较多地采用分离式模型,即将钢筋混凝土结构构件离散成混凝土单元、钢筋单元。,。和连结单元在裂缝模式上通常采用分布裂缝釜代过钢筋混凝土固体有限元模型较常用于对试验室分析结果的验证和理论探索,在实际工程中应用不
