横向冲击作用下高桥墩非线性动力稳定性分析

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1、学校代号：10532学号：S08051009密级：湖南大学硕士学位论文横向冲击作用下高桥墩的非线性动力稳定性分析学位申请人姓名：冯鑫导师姓名及职称：罗松南教授培养单位：机械与运载工程学院专业名称：固体力学论文提交日期：2010年11月论文答辩日期：2010年12月6日答辩委员会主席：唐驾时教授Thenon-lineardynamicstabilityanalysisofhighpierunderthetransverseimpactbyFENGXinB.E.(HunanUniversity)2008Athesissubmittedinpartialsatisfactionoft

2、heRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringinSolidMechanicsintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorLUOSongnanNovember,2010摘要随着交通运输的不断发展，人们对在公路和铁路运输中起着重要作用的桥梁的要求也越来越高。作为桥的下部承力结构的桥墩，对整个桥的安全、稳定起着重要的作用。其中，高桥墩作为轴向受力杆件，自身柔度大，除了受自重、过往车辆的干扰及地震力的作用，还受到水流、泥沙、以及各种漂流物的冲击，稳定性问题是该类构件要考虑

3、的首要问题，因此对于横向冲击荷载作用下的高桥墩的动力特性分析及动力稳定性的研究非常重要。本文考虑几何非线性和本构非线性，建立高桥墩在横向冲击荷载作用下的非线性动力学基本方程式；通过位移形函数假设，采用伽辽金积分方法得到了时间变率的动力学控制方程；对时间变率的非线性微分方程进行数值求解。得到了位移响应，利用B-R准则对高桥墩进行稳定性判断。为工程应用提供理论依据，主要研究内容如下：（1）介绍了高桥墩动力屈曲问题的研究现状、动力屈曲问题的基本理论。根据高桥墩的受力特征进行力学模型简化，建立了高桥墩的非线性动力屈曲问题的基本方程式。利用龙格-库塔方法进行数值计算，给出了程序设计方案，

4、介绍了伽辽金方法的基本理论。（2）研究了混凝土高桥墩受到三角形和矩形横向冲击荷载作用时的几何非线性动力屈曲问题，给出横向冲击荷载作用下的位移响应曲线，描述了高桥墩的动力屈曲路径，比较分析了不同的桥面质量、柔度系数、冲击载荷、冲击区域对动力屈曲的影响。（3）考虑双线性本构模型和几何非线性时，求解混凝土高桥墩受到三角形和矩形横向冲击荷载作用时的高桥墩的稳定性问题，得到了位移响应曲线以及冲击临界荷载，分析了考虑弹塑性变形时对高桥墩稳定性的影响。关键词：高桥墩；横向冲击荷载；几何非线性；本构非线性；动力响应；动力屈曲IIAbstractWiththedevelopmentofthetr

5、ansportation,people’sdemandformakingthebridgewhichplaysanimportantroleintheroadandrailtransporthasbecomehigher.Thehighpier,astheunderpartload-carryingstructureofthebridge,playsanimportantroleinthesecurityandstabilityofthewholebridge.Asthehighpiermainlysupportingtheaxialloadandbeinggreatflexi

6、bility,thestabilityproblemistheimportantproblemofthehighpier.Thepierinwater,inadditionaffectedbyselfweight,thevehiclesonthebridge,theroleoftheearthquake,butalsobytheimpactofwaters,sedimentsandvariousdrifters.Sotheresearchofthedynamiccharacterityandthedynamicstabilityofthehighpierisofgreatimp

7、ortancewhenunderthetransverseimpactload.Inthepaper,includinggeometricnonlinearityandconstitutivenonlinearity,thebasicnonlineardynamicequationsareestablished.Thenthetime-dependentequationsofthehighpierunderthetransverseimpactarefoundedbyusingtheGale