基于唯象模型的梁式桥地震碰撞分析及抗震性能研究

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1、博士学位论文基于唯象模型的梁式桥地震碰撞分析及抗震性能研究POUNDINGANALYSISANDSEISMICPERFORMANCEOFBEAMBRIDGEBASEDONTHEPHENOMENOLOGICALMODEL崔丽丽哈尔滨工业大学2015年6月的梁式桥地国内图书分类号：TU311.3/TU352.1学校代码：10213国际图书分类号：624/626密级：公开工学博士学位论文基于唯象模型的梁式桥地震碰撞分析及抗震性能研究博士研究生：崔丽丽导师：李惠教授副导师：郭安薪教授申请学位：工学博士学科：防灾减灾工程及防护工程所在单位：土木工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨

2、工业大学ClassifiedIndex:TU311.3/TU352.1U.D.C:624/626DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringPOUNDINGANALYSISANDSEISMICPERFORMANCEINVESTIGATIONOFGIRDERBRIDGEBASEDONTHEPHENOMENOLOGICALMODELCandidate：CuiLiliSupervisor：Prof.LiHuiCo-Supervisor：Prof.GuoAnxinAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineerin

3、gSpeciality：DisasterPreventionandMitigationEngineeringAffiliation：SchoolofCivilEngineeringDateofDefence：Jun,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要桥梁是交通网络的重要组成部分，近几十年来世界各地发生的地震都造成桥梁结构的大量破坏。桥梁由于相邻桥联动力特性的差异以及非一致地震动作用，在伸缩缝宽度不足的情况下将发生相邻结构的碰撞作用，引起梁端开裂甚至落梁等，严重危害到桥梁的安全。了解和掌握桥梁

4、在地震作用下碰撞作用，合理选择碰撞力学模型和参数，对于考虑碰撞影响的桥梁抗震分析具有重要的意义。因此本文针对梁式桥在地震作用下的碰撞作用、碰撞模型及参数开展研究，在此基础上进行了考虑碰撞影响的桥梁抗震性能研究工作，主要研究内容、方法及成果如下：（1）设计了动力特性不同的两跨梁式桥精细化模型，进行一系列桥梁碰撞的振动台试验。采用基于试验数据的碰撞模型参数的识别方法，比较分析了理论碰撞刚度值与试验识别碰撞刚度值的差别及其对结构动力反应的影响。研究表明采用低频加速度传感器测试的加速度信号所识别的碰撞刚度与理论碰撞刚度之间存在较大差异，非线性碰撞模型的理论刚度值要比线性碰撞模型的理论刚度值更接

5、近试验识别结果，系统验证了现有文献中理论碰撞刚度和实测试验刚度之间存在偏差的现象。分析了试验识别碰撞刚度与理论碰撞刚度之间存在较大差异的原因，即实际桥梁结构的碰撞状态与碰撞模型推导的前提假定不符以及测试技术的不足。（2）基于波动理论和Hertz理论开展杆件纵向碰撞的研究，建立了考虑纵向约束的杆件碰撞波动方程并给出解析解。分析表明纵向约束对碰撞作用的直接影响很小，影响碰撞作用的主要因素是碰撞前相对速度、杆件长度和碰撞接触形式和尺寸。采用ANSYS/LS-DYNA显式有限元软件建立桥梁模型进行分析，得到了桥面碰撞过程中局部结构反应与整体桥面结构反应的关系。分析了非完全正面碰撞与完全正面碰撞

6、的结构反应，以及加速度传感器频带宽度对测试信号的影响。结果表明非完全正面碰撞结构的反应要小于完全正面碰撞结构的反应，进一步揭示了碰撞现象及测试系统对碰撞试验准确性的影响。（3）基于桥梁在碰撞过程中非完全正面接触的现实，提出一种基于实际碰撞现象的唯象接触单元模型，推导得到了模型的理论表达式以及碰撞刚度和阻尼的计算方法。采用宽频带加速度传感器进行桥梁的二次振动台试验，通过数值仿真结果与试验结果的对比分析表明采用本文所提出的唯象接触单元模型可以有效的预测结构碰撞反应。通过对声发射探头测得信号的分析，进一步验-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文证了桥梁结构碰撞过程中非完全正面碰撞的现象。（4）

7、基于OpenSees软件并采用所提出的唯象接触单元模型，研究了考虑结构非线性以及碰撞接触的桥梁有限元建模方法，分析桥梁各结构构件的损伤模型及指标。采用增量动力分析方法进行了桥梁考虑和不考虑碰撞影响的桥梁结构损伤及易损性的研究。研究结果表明碰撞对于梁式桥桥墩的直接影响不大，但是对于桥台和支座有显著影响。碰撞减小了支座的位移反应，但增大了桥台的位移反应。关键词：桥梁；地震作用；碰撞；唯象接触单元模型；抗震性能-II-AbstractAbstract