柱板高墩非线性动力分析模型及开孔对静力破坏模式的影响研究

摘要

我国许多地区的铁路线路受到地形条件所限，经常要跨越高山、峡谷、深沟等复杂地形，因此高墩桥梁的修建数目在不断增多。这些地区中很多又同时属于高烈度地震区，若桥墩在地震作用下受到破坏，势必为震后抢险救灾及灾后重建工作带来严重的不便，因此高墩的抗震研究须要得到足够重视。柱板式空心高墩作为一种区别于传统高墩的新型结构形式，类似于建筑结构中的剪力墙，设计的特别之处在于桥墩墩柱之间设置了薄壁板。当其遭遇强烈地震作用时，使薄壁板率先开裂以消耗地震能量，柱子则仍处于正常工作状态，从而提高了整个结构的抗震能力。本文以跨度为(78+2×136+78)m的纵目沟铁路特大桥中高达百米的柱板式空心高墩为原型，具体研究内容如下：
　　（1）以柱板空心高墩为研究对象，截取第三节段进行模型设计，在纵、横向分别制作4个缩尺模型，通过拟静力试验，了解在反复荷载作用下柱、板结构各自的破坏过程以及滞回特性。
　　（2）基于试验结果，利用有限元软件Mid as C ivil，对板的模拟方法以及模型的非线性地震反应特性都进行了探讨。通过借鉴相关剪力墙结构中已经较为成熟的二元件模型，用其代替板来进行计算，发现现有的二元件模型并不完全适合模拟柱板结构中板的特性，因此根据试验结果提出了符合此柱板结构模型的二元件模型相关参数建议值。
　　（3）采用杆系和经过参数修正过的二元件模型模拟柱板式高墩，建立全桥有限元分析模型，计算了高墩关键截面在罕遇地震作用下的内力以及墩顶位移，结果表明板在地震反应下所表现出的非线性特性能够消耗能量来保护主墩柱。
　　（4）运用有限元软件Midas FEA建立实体模型，同样在单向水平荷载作用下进行分析计算，研究了模型在开裂荷载、屈服荷载、极限荷载作用下开孔对于裂缝及应力分布的影响。

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1 绪论

1 .1 选题的研究背景

1 .2 国内外研究现状

1 .3 本文的主要研究内容

2 柱板高墩抗震性能试验概述

2 .1 试验模型设计

2 .2 试验加载过程

2 .3 试验模型的破坏特征及滞回特性

2 .4 小结

3 柱板结构的非线性模型数值分析

3 .1 引言

3 .2 柱的弯矩曲率关系

3 .3 柱的非线性数值分析

3 .4 板的非线性数值分析

3 .5 小结

4 新型柱板高墩非线性地震反应分析

4 .1 引言

4 .2 分析方法

4 .3 新型柱板高墩非线性地震反应分析

4 .4 小结

5 开孔对结构静力破坏模式的影响

5 .1 引言

5 .2 柱板结构实体建模

5 .3 开孔对柱板结构裂缝及应力分布影响

5 .4 小结

6 结论及展望

6 .1 结论

6 .2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果