考虑三维接触摩擦效应的大型渡槽结构地震响应分析

摘要

大型渡槽结构的地震安全性关乎国计民生，其结构形式不利于抗震，且在设计中尚无规范遵循。在地震作用下大型渡槽结构的破坏往往是相邻槽身在伸缩缝的碰撞。而由于蠕变、不均匀沉降、温度变化，伸缩缝又是必不可少的。但目前对渡槽在伸缩缝处的碰撞研究较少，且大都是基于空间梁单元模型以点点碰撞为主，而对三维非线性接触摩擦碰撞的研究尚未提及。因此，开展大型渡槽结构在地震作用下的三维接触摩擦碰撞响应研究具有重要的意义。
　　本文针对地震作用下大型渡槽结构在伸缩缝处的碰撞问题，利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立渡槽三维接触摩擦碰撞模型，并通过对一座三跨简支大型渡槽在地震作用下相邻槽身之间的碰撞进行试算验证，计算结果表明利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立的渡槽三维接触摩擦碰撞模型能够较好的模拟大型渡槽结构在一维地震作用下面对面的正碰撞及在多维地震作用下的斜碰撞。
　　利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA分别建立考虑槽台作用和不考虑槽台作用的渡槽三维模型。模拟了渡槽结构在一维地震作用下面对面的正碰撞响应。根据计算结果，分析了渡槽结构在地震作用下的响应，包括位移、相对位移、墩顶位移、碰撞力值、碰撞次数、接触摩擦力值等。讨论了渡槽结构地震碰撞响应的影响因素，考虑槽台作用与不考虑槽台作用的差异，计算结果表明不考虑槽台作用比考虑槽台作用计算结果的离散性大；当考虑槽台作用时，相邻槽身间的碰撞均为双边碰撞，与不考虑槽台作用情况比较发现，伸缩缝处接触面的碰撞次数和碰撞力峰值较大，因此，根据考虑槽台作用设计的渡槽结构抗震性能更高。
　　设置三种不同的工况对多维地震作用下渡槽碰撞响应进行分析，分别是输入纵向和横向地震波、输入纵向和竖向地震波和同时输入纵向、横向和竖向地震波等工况。分析了不同工况下的碰撞力时程响应和伸缩缝处接触面的碰撞应力，并与一维地震作用下的碰撞响应进行比较讨论分析，发现渡槽结构在多维地震作用下，虽然只有部分质量参与碰撞，惯性抵抗力小导致的碰撞力会较小，但是因为接触面小将导致更严重的渡槽结构破坏。因此只考虑一维地震作用的渡槽结构响应可能导致错误的碰撞响应的预测和低估碰撞破坏。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 渡槽地震碰撞响应的研究背景

1.3 国内外对碰撞问题的研究现状

1.4 本文主要研究内容

2 渡槽地震碰撞的理论分析模型

2.1 引言

2.2 恢复系数法（Impact-restitution approach）

2.3 拉格朗日乘子法（Lagrange multiplier approach）

2.4 接触单元法（Contact-element approach）

2.5 三维接触碰撞模型

2.6 本章小结

3 地震作用下大型渡槽结构三维接触碰撞分析

3.1 引言

3.2 渡槽模型

3.3 渡槽结构地震碰撞响应结果分析

3.4 渡槽地震碰撞的影响因素讨论

3.5 本章小结

4 地震作用下考虑槽台渡槽结构三维接触碰撞分析

4.1 引言

4.2 渡槽结构地震碰撞响应结果分析

4.3 伸缩缝宽度影响

4.4 本章小结

5 多维地震作用下渡槽结构的三维接触摩擦碰撞响应

5.1 引言

5.2 考虑多维地震作用时渡槽结构地震响应理论分析

5.3 多维地震作用下渡槽结构的碰撞响应分析

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 本文的主要结论

6.2 不足与展望

参考文献

致谢

个人简历及在校期间参与的科研和生产项目