连续刚构桥抗震性能及其主墩的损伤分析

摘要

近年来由于地震的频发，让我们对地震作用下结构的受力性能有了更进一步的认识，尤其是桥梁结构作为生命线工程。桥梁结构在地震作用下的损伤状况直接关系到发生地震后抗震救灾通道的打开、抗震救灾物资的运输;一旦桥梁结构损伤比较严重无法通行将会给人民生命财产带来极大的损失。所以说对以混凝土材料为主的桥梁进行损伤分析是很有必要的。本文在简述地震反应分析基本理论与损伤理论之后，以一多跨连续刚构桥为工程背景，对其进行弹塑性时程分析及其损伤分析，主要的研究内容包括:@2(1)论述了连续刚构桥的抗震分析方法以及抗震分析现状。对混凝土材料的损伤现象与在地震作用下的损伤机理作了较全面的介绍，讨论了目前阶段混凝土材料损伤的研究现状，并归纳了四种比较实用的损伤模型。
　　(2)对动力损伤理论作出了详细的阐述:损伤力学中比较重要的概念损伤变量，动力损伤本构模型的理论基础、动力损伤本构关系、损伤阻尼矩阵等。
　　(3)通过MIDAS CIVIL2012建立了某连续刚构桥的动力特性计算模型，对其做了动力特性分析，得到了某连续刚构桥前20阶的周期、频率与振型，为后续的弹塑性动力时程分析提供了数据支持。
　　(4)通过MIDAS CIVIL2012建立了某连续刚构桥的弹塑性动力时程分析计算模型，计算了其在峰值加速度为0.5g的地震波作用下的位移、内力响应。通过弹塑性时程分析得到了桥墩在纵向地震波加载时弹性阶段和塑性阶段的内力、位移响应，横向地震波加载时弹性和塑料阶段的内力、位移响应。确定了桥梁最先进入塑性阶段的位置、时间、地震波加速度峰值以及最先发生破坏的位置、时间、地震波加速度峰值，弹塑性时程分析目的是为了与后面的损伤分析下结构内力、位移响应做数据对比。
　　(5)对peer数据库中实验数据的分析整理，提出了混凝土材料弹性和塑性阶段的损伤参数公式，在此基础上通过ABAQUS6.12建立了桥墩的有限元模型，通过调用子程序UMAT对8＃墩做损伤分析，得到损伤分析下8＃墩的内力、位移响应。通过地震作用下弹塑性时程分析与损伤分析结果的比较，发现两种分析方法得到的位移、内力结果差值均在10％以内，验证了损伤参数公式的合理性。说明地震作用下该损伤参数公式可以为以后钢筋混凝土桥墩的损伤计算提供参考。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 连续刚构桥的抗震背景及意义

1．2 连续刚构桥抗震分析方法简介

1．2．1 静力法

1．2．2 反应谱法

1．2．3 时程分析法

1．2．4 Pushover分析方法

1．3 我国连续刚构桥的抗震分析现状

1．4 混凝土桥梁损伤机理概述

1．4．1 研究的必要性

1．4．2 混凝土桥梁地震损伤行为

1．4．3 混凝土桥梁地震损伤机理

1．5 混凝土材料的损伤现象

1．6 关于混凝土材料损伤的研究现状

1．6．1 马扎斯损伤模型

1．6．2 洛兰德损伤模型

1．6．3 西多霍夫损伤模型

1．6．4 董毓利弹塑性损伤模型

1．7 本文的主要内容

第二章 动力损伤理论

2．1 概述

2．2 损伤变量

2．3 混凝土动力损伤特性

2．4 动力损伤本构模型

2．4．1 动力损伤本构模型的理论基础

2．4．2 动力损伤本构关系

2．5 动力损伤发展方程

2．6 损伤阻尼矩阵

2．7 本章小结

第三章 连续刚构桥动力特性分析

3．1 概述

3．1．1 桥型布置

3．1．2 主桥下部结构

3．2 动力特性有限元模型的建立

3．3 离散结构动力有限元方程的建立

3．4 桥梁结构的自振特性计算方法

3．5 连续刚构桥自振特性计算结果

3．6 本章小结

第四章 弹塑性动力时程分析

4．1 概述

4．2 非线性理论

4．2．1 非线性因素

4．2．2 桥墩弹塑性模拟方法

4．3 恢复力模型中特征参数的确定

4．3．1 单轴恢复力模型

4．3．2 特征参数的计算

4．4 地震波的选取原则

4．5 本桥地震波的选取

4．6 连续刚构桥弹塑性动力时程分析结果

4．7 8#墩弹性阶段时程分析结果

4．8 本章小结

第五章 地震作用下主墩的损伤分析

5．1 概述

5．2 损伤理论基础

5．3 损伤演化方程

5．4 本文使用的混凝土材料损伤模型

5．5 本文计算模型的的数值计算方法

5．6 用户子程序的编写

5．7 主桥墩在地震作用下的损伤分析

5．7．1 损伤参数的计算

5．7．2 8#墩损伤分析内力、位移结果

5．7．3 时程分析结果与损伤分析结果比较

5．8 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

一 攻读学位期间发表论文

二 研究生学习期间参加的课题及科研项目