落石冲击作用下桥梁上部结构动力响应特性研究

摘要

由于西部山区公路桥梁大多依山而建，且处于地震区域，地震带来的落石灾害成为交通工程的重要致灾因素，主要交通干线常有石块滚落，桥梁受到落石碰撞冲击的事故时有发生，山体岩石崩落产生的落石、滚石极易造成桥梁的撞击损坏，严重影响了桥梁的正常使用。目前国内外关于落石冲击桥梁的研究主要集中于撞击桥墩，对于桥梁上部结构的研究较少，桥面板在落石冲击作用下局部范围内的构件会产生明显的动力响应，和前者下部结构的研究有很大不同，值得深入研究。　　为此，本文通过数值模拟的方法来分析和研究上述问题。具体内容和结论如下：　　利用Midas/Civil建立连续梁桥有限元模型，通过模拟落石冲击荷载作用桥面板的过程，得到桥梁上部结构在不同荷载工况作用下的动、静力响应，结合冲击动力响应放大系数的概念，总结动力响应放大系数变化规律。　　（1）无损伤结构动力响应分析　　通过研究三跨连续梁桥在不同荷载工况作用下，上部结构局部范围内各研究构件动力响应放大系数的规律可知：影响内力响应动力放大系数的因素为加载的冲击力大小和加载节点的位置，且通过曲线拟合的方法，得到各研究构件的内力响应动力放大系数与相应构件距离同一加载节点长度L之间的方程关系；竖向位移响应动力放大系数受到冲击力大小变化的影响较小。　　（2）带损伤结构动力响应分析　　结合无损伤结构动力响应分析的结果，引入局部混凝土板强度破坏判断依据，考虑落石冲击作用下局部范围内桥面板受到损伤破坏，从而对无损伤结构中研究的动力放大系数产生影响，得到在相同荷载工况作用下，两种结构相应研究构件动力放大系数的差值，且损伤面积的大小对动力响应有一定影响。　　（3）整体结构形式不同动力响应分析　　基于不同结构形式的连续梁桥，引入二维杆系模型，通过在同一荷载工况作用下，模拟得到各研究截面的动力响应与相应截面杆系模型计算得到的静力响应，获得桥梁上部结构不同截面内力响应动力放大系数的影响因素。

目录

1 绪论

1.1 研究目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 杆系、板壳结构受荷载冲击下的研究现状

1.2.2 桥梁防撞方面及落石冲击的研究现状

1.2.3 研究现状分析

1.3 本文主要研究内容

1.4 论文研究方法和技术路线

2 连续梁桥有限元模型分析

2.1 有限元法简介

2.1.1 有限元法的基本思想

2.1.2有限元法分析问题的基本步骤

2.1.3有限元线弹性分析

2.2.1 连续梁桥有限元模型

2.2.2 落石冲击荷载

2.3 连续梁桥有限元计算原理

2.4 本章小结

3 无损伤结构动力响应分析

3.1.1 影响因素与加载工况

3.1.2 研究节点、构件选取

3.1.3 量化规律

3.2 M1荷载工况动力响应分析

3.2.1 结构特性分析

3.2.2 动力响应放大系数分析

3.2.3 时程分析

3.3 M2荷载工况动力响应分析

3.3.1 动力响应放大系数分析

3.3.2 时程分析结果

3.4 M3荷载工况动力响应分析

3.4.1 动力响应放大系数分析

3.4.2 时程分析结果

3.5 量化规律总结

3.6 本章小结

4 带损伤结构动力响应分析

4.1.1 混凝土板破坏机理

4.1.2 混凝土板破坏判断依据

4.1.3 损伤模拟

4.2 不同荷载工况下动力响应分析

4.2.1 M1荷载工况动力响应分析

4.2.2 M2荷载工况动力响应分析

4.2.3 M3荷载工况动力响应分析

4.3 本章小结

5 整体上部结构动力响应分析

5.1 连续梁桥动力响应理论分析

5.2.1 整体结构杆系模型

5.2.2 整体结构不同形式

5.3 动力特性分析

5.4 动力响应分析

5.4.1 M1结构形式动力响应分析

5.4.2 M2结构形式动力响应分析

5.4.3 M3结构形式动力响应分析

5.4.4 M4结构形式动力响应分析

5.4.5 M5结构形式动力响应分析

5.5本章小结

6 结论与展望

6.1 本文工作总结

6.2 尚需进一步研究的问题

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果