混凝土梁桥地震连续倒塌数值模拟分析

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混凝土梁式桥是桥梁广泛采用的结构形式之一。在地震中,许多梁式桥发生连续倒塌。桥梁的地震连续倒塌是一个复杂的过程,其机理尚未完全清楚。研究桥梁地震连续倒塌的规律和机理,发现梁式桥在连续倒塌的过程中的薄弱环节,对桥梁抗震设计和桥梁抗震加固有着重要的理论和实践意义。  本文以江苏省高校自然科学研究重大项目(10KJA560012)为依托,研究直线梁桥和曲线梁桥地震连续倒塌过程,分析总结混凝土梁式桥地震连续倒塌的机理和规律。本文主要研究工作如下:  (1)针对桥梁地震连续倒塌数值模拟中存在的问题,在材料模型中采用考虑抗拉强度的混凝土损伤本构模型、考虑循环荷载作用的钢筋多折线模型;支座选用双线型模型;碰撞采用Kelvin模型;接触采用自动搜索算法;利用有限元软件ABAQUS,采用多尺度建模的方法,细致有效地模拟了直线连续梁桥和曲线梁桥的地震连续倒塌过程。通过现场实例证明本文采用的数值模拟方法能够实现对桥梁连续倒塌分析,分析结果有参考价值。  (2)分析了不同跨数的直线连续梁桥的地震连续倒塌过程,从桥梁结构的体系变化、位移变化、内力改变、碰撞过程及控制截面应力状况等方面分析了桥梁的地震损伤和破坏情况。通过分析不同跨数桥梁地震连续倒塌过程的差异与影响因素,初步得出了直线连续梁桥地震连续倒塌的机理和规律。  (3)对曲线梁桥的地震连续倒塌过程进行数值模拟分析,从其结构的体系变化、位移变化、内力改变、碰撞过程及控制截面应力状况等方面分析了地震引起的损伤和破坏,并将其与连续直线梁桥的地震连续倒塌过程进行了对比。得出了曲线梁桥地震连续倒塌的机理和规律,总结了曲线梁桥与直线连续梁桥地震倒塌的异同。  (4)根据桥梁地震连续倒塌的机理和规律,介绍了适合预防桥梁地震连续倒塌的一些方法。  研究结果表明,混凝土梁桥地震连续倒塌是一个结构体系持续变化和荷载持续重分布的过程,落梁是各跨梁桥地震连续倒塌的起因,桥墩破坏或倾覆是地震连续倒塌的直接原因。梁桥地震连续倒塌过程中,墩顶支点处的主梁部位易发生受弯折断破坏、被落梁撞击的桥墩部位以及各桥墩的底部容易发生压弯破坏,墩系梁与桥墩连接处易发生剪切破坏。  本文的研究成果对桥梁地震连续倒塌数值模拟方面有一定的示范性,对预防桥梁地震连续倒塌方面有一定的参考作用。
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