基于桩-土作用及上部结构约束下的山区桥梁滚石撞击动力响应分析

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1、分类号:U44,U4510710-2015221069专业硕士学位论文基于桩-土作用及上部结构约束下的山区桥梁滚石撞击动力响应分析郭元凯导师姓名职称张柳煜副教授专业学位类别申请学位类别硕士建筑与土木工程及领域名称论文提交日期2018年4月16日论文答辩日期2018年5月15日学位授予单位长安大学DynamicResponseAnalysisofRollingStonesinMountainousAreaBasedonPile-soilInteractionandSuperstructureConstraintsADisse

2、rtationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：GuoYuankaiSupervisor：Prof.ZhangLiuyuChang’anUniversity,Xi’an,China摘要随着国家交通事业的迅速发展，高等级公路逐渐向山区挺近，而作为连接线路纽带的桥梁却时常遭受滚石灾害破坏。滚石灾害会直接影响山区桥梁结构使用状况，较严重时会导致桥墩偏位、落梁甚至造成整个桥梁发生坍塌，进而造成桥梁结构破坏。目前大多数学者研究滚石撞击桥墩问题时边界条件通常采用嵌固法，忽略虑桩-土相互作用及

3、上部结构约束的影响，这种简化方法无法准确反应滚石撞击桥墩结构的真实动力响应状况，因此十分有必要展开基于桩-土作用及上部结构约束下的山区桥梁滚石撞击动力响应分析。本文的主要研究内容囊括以下几个方面：（1）阐述山区桥梁滚石灾害的研究背景，以及滚石撞击桥梁的国内外研究现状，找出目前学者研究所存在的问题与不足，提出本文将要解决的问题与研究的内容。（2）对碰撞动力学分析理论以及数值分析原理进行介绍；叙述ANSYS/LS-DYNA软件有关知识，并对数值模拟中需注意的问题进行了阐述。（3）对数值模拟中LS-DYNA所采用的材料本构进行阐

4、述，借助已有模型试验成果确定数值模拟中混凝土HJC本构参数的合理取值范围，确保本文滚石冲击桥墩的数值模拟更加真实可靠。（4）重点研究考虑桩-土相互作用及上部结构约束边界条件时，滚石撞击桥墩结构动力响应与采用传统嵌固法边界的区别，确定合理边界条件的取法，以便更加准确模拟实际情况。（5）结合工程实例建立有限元模型，展开不同滚石质量、不同滚石速度、不同撞击位置、不同桥墩结构形式、不同撞击角度的参数化分析，以确定这些参数对撞击结果的影响。研究结果表明：采用传统的嵌固法边界计算结果偏不安全，因此对滚石撞击桥墩问题研究时，不能忽略桩-

5、土作用及上部结构的约束作用；滚石撞击作用下，桥墩破坏以局部损伤破坏为主；通过各参数分析得到了诸多结论，对山区桥梁的设计、施工、养护具有很好的指导意义。关键词：滚石，撞击，桩-土作用，上部结构约束，参数分析iAbstractWiththerapiddevelopmentoftrafficconstructioncapacityinChina,high-gradehighwaysaregraduallyapproachingthemountainouareas.Asalinkbetweenthelines,mountainou

6、bridgesareoftendamagedbytherockfalldisaster.Rollingrockdisasterswilldirectlyaffecttheuseofbridgestructuresinmountainouareas.Inseverecases,rockfallimpactscancausetheoffsetofpiers,fallingbeamsandeventhecollapseoftheentirebridge.Atpresent,mostscholarshavestudiedthebo

7、undaryconditionsofrockfallimpactingbridgepiersusuallyadoptingtheembeddingmethod,ignoringtheinfluenceofthepile-soilinteractionandtheupperstructureconstraints.Thissimplifiedmethodcannotaccuratelyreflecttherealdynamicresponseofthestructurewhentherockfallhitsthepier.T

8、herefore,itisverynecessarytodeveloptherock-impactimpactresponseanalysisofmountainbridgesbasedonpile-soilinteractionandsuperstructureconstraints.Basedont