基于Ls-DYNA的高铁简支梁桥强震作用下碰撞仿真分析

摘要

强震作用下，简支梁桥支座容易发生破坏导致相邻梁体发生碰撞，从而导致梁体损坏或落梁。已有的研究多针对公路或城市高架桥梁展开。近年来高速铁路桥梁发展迅速，而强震作用下的桥梁碰撞问题研究较少。本文以高速铁路简支梁桥为工程背景，建立合理精细的有限元模型进行仿真分析和碰撞效应研究，主要内容和成果如下:
　　(1)利用ANSYS软件作为前处理建立碰撞仿真模型，模型中详细考虑了支座的失效、梁体和桥墩的非线性等。使用LS-DYNA进行仿真分析，直观再现碰撞过程。
　　(2)强震作用下的碰撞仿真结果表明，碰撞过程中梁体碰撞面会产生较大的碰撞应力，梁体跨中会出现较大拉应力;桥墩会产生较大的反力波动。
　　(3)通过参数包括加速度峰值、邻梁间距、相邻桥墩墩高比等的敏感性分析，得到了不同参数下梁体碰撞对桥梁响应的规律。
　　(4)分析了固定支座失效的规律，表明支座破坏与地震波加速度峰值和桥梁下部结构刚度成正比，支座纵向设计力可以根据下部结构刚度相应提高，达到延缓或避免支座破坏，从而减小或避免碰撞的发生。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 概述

1．2 梁式桥震害

1．3 桥梁碰撞的主要原因

1．4 桥梁碰撞的研究现状

1．5 本文研究的主要内容

2 碰撞反应分析和接触分析方法

2．1 前言

2．2 碰撞分析简化方法

2．2．1 恢复系数法

2．2．2 接触单元法

2．3 结构碰撞的显式动力学方法

2．3．1 显式时间积分方法

2．3．2 LS-DYNA显式有限元软件的求解过程

2．3．3 LS-DYNA的接触搜索算法

2．3．4 接触算法和LS-DYNA的接触力计算

2．4 本章小结

3 高铁简支梁桥碰撞有限元模型及分析

3．1 前言

3．2 高速铁路简支梁桥有限元模型

3．2．1 工程背景

3．2．2 支座布置和模拟

3．2．3 材料的本构关系

3．2．4 有限元模型的建立

3．3 模态分析

3．4 显式动力学求解

3．4．1 LS-DYNA求解设置

3．4．2 强震作用下碰撞响应分析

3．5 本章小结

4 碰撞效应敏感性分析

4．1 模型参数设置

4．2 地震加速度峰值对碰撞响应影响

4．2．1 碰撞分析

4．2．2 梁体应力

4．2．3 墩底反力

4．3 邻梁间距对碰撞响应的影响

4．3．1 碰撞分析

4．3．2 梁体应力

4．3．3 墩底反力

4．4 相邻桥墩高度变化对碰撞响应的影响

4．4．1 碰撞分析

4．4．2 梁体应力

4．4．3 墩底反力

4．5 支座分析

4．6 本章小节

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间参与的科研情况