曲线桥梁的地震碰撞及试验研究

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1、硕士学位论文曲线桥梁的地震碰撞及试验研究POUNDINGANALYSISANDEXPERIMENTALINVESTIGATIONOFCURVEBRIDGESUNDEREARTHQUAKEEXCITATION朱兴龙哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TU375.4学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开工学硕士学位论文曲线桥梁的地震碰撞及试验研究硕士研究生：朱兴龙导师：郭安薪教授申请学位：工学硕士学科：结构工程所在单位：土木工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedInd

2、ex:TU375.4U.D.C:624ThesisfortheMasterDegreeinEngineeringPOUNDINGANALYSISANDEXPERIMENTALINVESTIGATIONOFCURVEBRIDGESUNDEREARTHQUAKEEXCITATIONCandidate：ZhuXinglongSupervisor：Prof.GuoAnxinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：StructuralEngineeringAffili

3、ation：SchoolofCivilEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要曲线桥梁是一种为了满足功能性要求在特定地形条件下所采用的桥梁形式，由于地形的复杂性和城市空间的限制，曲线桥梁以其独特优势在世界各国得到广泛应用。地震作用下桥梁结构所发生的碰撞，是由相邻桥跨的动力特性不一致而产生的异步振动所引起的。对于曲线桥梁而言，桥面曲率的存在使得曲桥桥面存在

4、扭转效应，导致曲线桥梁比直桥更容易发生碰撞甚至落梁。本文针对曲线桥梁在地震作用下的多维地震碰撞问题，以某曲线桥梁为工程背景，研究了不同地面输入方向下的曲线桥梁的地震响应。本文的主要研究内容包括：（1）介绍了几类碰撞模型，并对两个相邻多自由度不规则体系的地震碰撞力学模型进行理论推导。根据原型的空间结构形式和质量分布建立三维多自由度模型的运动方程。针对不规则刚体采用集中质量法并考虑扭转效应得到刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵。考虑碰撞接触区域的深度和碰撞体几何形状以及材料的特性，根据三维接触滑移模型得到碰撞力、碰撞阻尼和碰撞刚度等，建

5、立合理的碰撞模型。（2）以实际曲线桥梁为例，根据理论推导的碰撞运动方程进行Matlab编程模拟，分析了主要参数变化对结构地震碰撞作用的影响，并为试验构件的设计、振动台模型装置的设计及不同工况的选择提供依据。根据相似关系确定模型试件的几何尺寸、质量等，将试件进行拼装并合理布置试验测试系统，进行模型的振动台试验，包括不同频率、幅值、地震动输入方向的简谐荷载和实际地震动激励。（3）对曲线桥梁振动台试验数据进行分析并进行数值模拟，研究其在不同地震动输入方向、无碰和碰撞、直桥和曲桥的反应对比中得到曲线桥梁在地震动激励作用下的动力反应规律

6、，并根据碰撞时的反应进行碰撞参数的识别，将测试反应与数值模拟结果进行对比来检验曲线桥梁碰撞理论和模型参数的正确性和合理性。关键词：曲线桥梁；伸缩缝；弯扭耦合；地震碰撞；数值模拟；振动台试验-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractCurvebridgeisakindofcivilinfrastructuretomeetthefunctionalrequirementsinthespecificterrainconditions.Becauseofthecomplexityoftheterrainandthelimit

7、ationoftheurbanspace,curvebridge,withitsuniqueadvantageous,hasbeenwidelyusedallovertheworld.Seismic-inducedpoundingofbridgestructureisinducedbytheasynchronousvibrationbetweentheadjacentsegmentsduetothedifferenceofdynamiccharacteristics.Forthecurvebridges,theexistenc

8、eofthebridgedeckcurvatureinducestherotationeffect,resultingamoreseriouspounding,evenunseating,thanstraightbridges.Aimingatthethemulti-dime