基于拆除构件法的钢筋混凝土曲线梁桥连续倒塌分析

摘要

随着城市交通的迅速发展，曲线梁桥已经成为城市道路网中不可或缺的立交桥型之一。作为重要的交通运输枢纽，曲线梁桥面临着撞击、爆炸等意外荷载的威胁，一旦因局部损伤引发连续倒塌，将会造成巨大的生命财产损失。鉴于意外荷载的不确定性及连续倒塌的危害性，如何合理考虑意外荷载的影响并开展曲线梁桥连续倒塌研究具有重要的现实意义。 本文采用拆除构件法，对曲线梁桥进行连续倒塌分析，研究桥墩发生初始破坏后剩余结构的受力性能及倒塌模式，为曲线梁桥抗连续倒塌设计提供依据。本文主要研究内容及结论如下： （1）参考建筑结构抗连续倒塌规范，根据曲线梁桥的结构特点，提出了适用于曲线梁桥结构的容许倒塌范围，结合构件失效准则可对曲线梁桥进行连续倒塌评估。 （2）建立钢筋混凝土曲线梁桥有限元模型，基于拆除构件法，采用线性静力分析和线性动力分析进行曲线梁桥连续倒塌研究。通过逐步增大荷载的方法，对比线性动力与线性静力分析结果，给出了适合曲线梁桥的荷载动力放大系数的建议取值，其保守取值为2.0。 （3）基于拆除构件法，采用非线性动力分析进行曲线梁桥连续倒塌评估，并研究桥墩失效的动力效应对结构内力的影响。结果表明，桥墩失效的动力效应对剩余结构内力产生较大的放大作用。根据不同工况，箱梁弯矩最大增长4.0~6.5倍，增长最大位置为失效跨内；桥墩轴力最大增长2.0~3.0倍，增长最大位置不仅是相邻桥墩，远端边墩也会出现大幅的瞬时增长。 （4）根据塑性铰开展、上部结构位移、桥墩位移及损伤状态分析剩余结构的倒塌模式。结果表明，中墩失效的倒塌模式主要表现为桥面竖向倒塌和倾覆，梁体破坏形式主要为梁端塑性铰破坏；边墩失效的倒塌模式主要表现为边跨悬臂端折断，发生落梁破坏，进而撞击相邻桥墩，致使其严重破坏甚至倒塌，有引发多米诺骨牌式连续倒塌的风险。 （5）进行线性分析和非线性动力分析结果对比。结果表明，线性分析具有分析简便、计算时间短且结果保守可靠的特点，但不能考察结构塑性铰开展和破坏形式；非线性动力分析结果准确，可以反映结构的破坏模式，但分析复杂，计算成本高。因此线性分析适用于结构安全的初步判断，对危险工况的深入分析需采用非线性动力分析。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 结构连续倒塌相关规范

1.2.1 英国规范

1.2.2 欧洲规范

1.2.3 美国规范

1.2.4 中国规范

1.3 连续倒塌研究现状

1.3.1 理论分析

1.3.2 试验研究

1.3.3 数值模拟

1.4 本文主要研究内容

2 结构抗连续倒塌设计方法与连续倒塌评估准则

2.1 抗连续倒塌设计方法

2.1.1 概念设计

2.1.2 拉结强度设计

2.1.3 关键构件法

2.1.4 拆除构件法

2.2 曲线梁桥连续倒塌评估准则

2.2.1 构件失效准则

2.2.2 容许倒塌范围

2.3 本章小结

3 有限元理论及曲线梁桥有限元模型建立

3.1 有限元理论

3.1.1 分析平台介绍

3.1.2 显式中心差分法

3.1.3 时间步长

3.2 曲线梁桥有限元模型建立

3.2.1 工程概况

3.2.2 建模方式及单元选取

3.2.3 接触算法

3.2.4 连续倒塌的荷载组合

3.2.5 材料模型

3.2.6 曲线梁桥有限元模型

3.3 材料模型验证

3.3.1 试验概况

3.3.2 有限元模拟

3.3.3 结果对比

3.4 本章小结

4 基于拆除构件法的曲线梁桥线性分析

4.1 线性分析倒塌判定准则

4.2 线性动力分析

4.2.1 拆除构件的选择

4.2.2 动力分析方法

4.2.3 线性动力分析连续倒塌评估

4.3 线性静力分析

4.3.1 线性静力分析方法

4.3.2 曲线梁桥动力放大系数

4.3.3 线性静力分析连续倒塌评估

4.4 线性静力与线性动力分析结果对比

4.5 本章小结

5 基于拆除构件法的曲线梁桥非线性动力分析

5.1 倒塌判定及损伤指标

5.1.1 非线性分析倒塌准则

5.1.2 桥墩损伤指标

5.2 曲线梁桥连续倒塌评估

5.3 动力效应对结构内力的影响分析

5.3.1 动力效应对桥墩轴力的影响

5.3.2 动力效应对箱梁弯矩的影响

5.4 中墩失效的倒塌模式

5.4.1 塑性铰的开展

5.4.2 曲线梁桥上部结构位移

5.4.3 桥墩位移及损伤

5.4.4 中墩失效倒塌模式分析

5.5 边墩失效的倒塌模式

5.5.1 塑性铰的开展

5.5.2 曲线梁桥上部结构位移

5.5.3 桥墩位移及损伤

5.5.4 边墩失效倒塌模式分析

5.6 不同分析方法对比

5.7 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 展望

参考文献

个人简历

致谢