装配式钢筋混凝土空心板桥支座与铰缝损伤的数值仿真分析

摘要

装配式钢筋混凝土空心板桥由于其结构形式简单，相对于T形梁预制方便、用材经济、易于工厂化和标准化施工，且单板在运输和吊装过程中稳定性好，是我国中、小型桥梁设计普遍采用的结构形式。近年来，随着我国交通运输业的发展，越来越多的超限车辆出现在公路桥梁上，空心板桥早期损伤屡见不鲜。其中板梁之间的铰缝以及橡胶支座作为桥梁的连接部位，它们的损伤会导致桥梁受力状态的改变，值得人们注意与研究。
　　 本文利用ANSYS有限元计算软件，建立了板式橡胶支座的三维实体模型，讨论了利用模型单元参数的改变来模拟橡胶支座受损的可行性。并利用上述所得方法，建立与实际工程相符的装配式钢筋混凝土空心板桥的三维实体模型，分析了其在支座与铰缝损伤的情况下，桥梁各个部位应力的变化情况。
　　 结果表明：在支座受损时，沥青混凝土面层和水泥混凝土铺装层的横向正应力与纵向正应力以及铰缝的纵向剪应力受影响很大，而空心板的各项应力基本保持不变。在铰缝受损时，水泥混凝土铺装层的横向正应力会迅速增大，容易导致纵向裂缝的产生；沥青混凝土面层的横向应力与竖向应力最大值对铰缝损伤比较敏感，但受水泥混凝土铺装层的保护，其增长幅度没有水泥混凝土铺装层的大。
　　 由于桥梁在实际运营中所受的荷载均为动荷载，本文还研究了在桥梁支座与铰缝发生损伤的情况下，空心板桥在匀速移动荷载和冲击荷载作用下的动力响应变化。结果表明：在匀速移动荷载作用下，带支座损伤的空心板桥跨中挠度的动力放大系数可以比支座未损伤时增大22％。在冲击荷载作用下，支座损伤对动力放大系数的影响主要出现在有支座损伤的空心板梁上，在本文所计算工况中，动力放大系数增长幅度可以达到80％。
　　 另外，在匀速移动荷载作用下，铰缝损伤对桥梁的动力放大系数基本没有影响。在冲击荷载作用下，各片板梁在不同铰缝损伤工况下的动力放大系数与铰缝完好时的相比，动力放大系数的最大增大幅度为18％。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题的工程背景及意义

1.1.1概述

1.1.2板式橡胶支座

1.1.3板式橡胶支座损伤分类与影响因素

1.2国内外研究现状

1.2.1关于板式橡胶支座损伤的国内外研究现状

1.2.2关于铰缝损伤的国内外研究现状

1.3本文主要内容和研究方法

1.3.1研究内容

1.3.2研究方法

第二章有限单元方法

2.1有限单元方法的基本原理

2.2几种典型的计算单元及其功能

2.2.1 SOLID45单元

2.2.2 SOLID65单元

2.2.3 HYPER58单元

2.2.4 LINK8单元

2.2.5 BEAM44单元

第三章板式橡胶支座及其损伤状态的数值模拟

3.1橡胶材料特性和行为特征

3.1.1行为特征基本理论

3.1.2橡胶材料特性

3.2橡胶材料常数的确定

3.2.1橡胶材料模型理论

3.2.2参数确定

3.3钢板材料特性

3.4矩形板式橡胶支座的有限元模型

3.4.1模型验证方法

3.4.2橡胶支座竖向位移计算

3.4.3结果分析

3.5模拟橡胶支座受损的探讨

3.5.1平面几何尺寸改变

3.5.2橡胶支座剪切模量的改变

3.6本章小结

第四章支座、铰缝损伤对桥梁影响的静力分析

4.1分析模型与计算参数

4.1.1工程背景

4.1.2计算参数

4.1.3计算荷载

4.1.4有限元模型

4.2最不利荷载位置的确定

4.2.1横向最不利荷载位置的确定

4.2.2纵向最不利荷载位置的确定

4.3支座损伤对空心板桥的影响分析

4.4铰缝损伤对空心板桥的影响分析

4.5铰缝、支座同时损伤对空心板桥的影响分析

4.6本章小结

第五章支座、铰缝损伤对桥梁动力响应的影响分析

5.1动力学有限元分析方法理论

5.1.1结构自振的有限元数值分析法

5.1.2结构动力响应有限元数值分析

5.2空间力学模型简化分析

5.3支座损伤对桥梁自振频率的影响

5.4铰缝损伤对桥梁自振频率的影响

5.5支座损伤对桥梁动力响应的影响分析

5.5.1车辆荷载的动力效应

5.5.2动荷载的模拟与分析

5.5.3匀速移动荷载过桥的瞬态动力响应分析

5.5.4冲击荷载作用下的动力响应分析

5.6铰缝损伤对桥梁动力响应的影响分析

5.6.1匀速移动荷载过桥的瞬态动力响应分析

5.6.2冲击荷载作用下的动力响应分析

5.7本章小结

第六章结论与展望

6.1本文结论

6.2尚待研究问题

参考文献

致 谢