多维地震作用下梁桥碰撞响应分析

• 作 者: 吕文舒
• 出 处: 长沙理工大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: 连续梁桥 地震输入角度 动力时程分析 碰撞效应 扭转分量

地震是一种极其普通和常见的一种自然现象,然而这种天灾却会给人类带来极大的破坏,如建筑倒塌、通讯中断,以及由此引起的火灾、爆炸、瘟疫等等。而桥梁作为交通的枢纽,在地震中桥梁倒塌不仅会造成极大的经济损失,并且严重影响了救灾行动的效率,因此对桥梁抗震的研究具有重要意义。与此同时,强震作用下地面的振动是复杂的多维振动,地震动不仅包含三个平动分量,还包含三个扭转分量;对地震的观测大多只能得到三个平动分量,扭转分量一般通过平动分量间接得到,目前多维地震作用下结构的抗震分析还没有完整的研究体系。桥梁结构的碰撞是造成桥梁结构遭受损害的重要原因之一,桥梁的动力特性会在碰撞产生的过程中发生变化,对于桥梁的整体安全会造成极大的损害。基于此,开展对桥梁碰撞问题的研究,分析各相关因素,找出减轻碰撞问题的方法和措施对于提高桥梁工程安全具有重要意义。本文在开展研究之前,收集和整理了大量与桥梁碰撞问题相关的理论和文献资料,并梳理和总结了桥梁碰撞问题的研究方法与机制,最终采用接触单元法中的Kelvin模型进行碰撞反应分析。本文以最常见的三跨预应力连续梁桥为研究背景,基于Midas civil软件建立了连续梁桥的有限元模型。通过对连续梁桥自振特性的研究,分析了支座水平刚度的变化与桥梁动力特性之间的关系。利用频域法对美国EI地震波的平动分量进行傅里叶变换得到相应的扭转分量。利用ANSYS软件建立桥梁结构实体模型,并对该模型在EI地震波三种不同工况(单向地震,双向地震,多维地震)作用下进行时程分析。通过动力时程方法,研究了伸缩缝位置的碰撞效应对连续梁桥地震反应的影响。通过三种工况的对比,分析得到结构在考虑地震扭转分量的多维地震作用下反应大于双向地震作用与单向地震作用,因此地震扭转分量是不可忽略的。并且探讨了不同伸缩缝宽度、不同支座刚度、不同地震波输入方式对于桥梁碰撞问题的影响作用。最后结合国内外学者的相关研究成果,总结出了一些减轻连续桥梁伸缩缝碰撞问题的方法和措施。