钢管橡胶混凝土对CFST拱桥抗震性能影响的研究

摘要

国内外研究表明，橡胶混凝土是一种延性较强但强度弱于普通混凝土的复合材料，适用于有抗震要求的结构中。为验证橡胶混凝土的抗震性能，本文将其用于钢管混凝土(CFST)拱桥的拱肋中，形成钢管橡胶混凝土(RuCFST)拱桥，研究不同橡胶掺量下拱桥的地震响应情况。
　　本文以一实际钢管混凝土拱桥为例建立有限元模型，拱肋混凝土中的橡胶含量分别取0％(NC)、5％(RuC5)、10％(RuC10)和15％(RuC15)，首先对该拱桥进行了动力特性分析、模态敏感性分析和模态贡献系数分析。
　　然后对其进行反应谱分析和非线性动力时程分析。反应谱分析分别计算了拱桥在横向、纵向和竖向地震作用下的响应，并考虑了三个方向同时作用时的组合情况。而非线性动力时程分析则考虑了一致激励和行波效应对拱桥地震反应的影响，通过计算波速为50～2500m/s范围内拱桥拱脚、拱肋1/4和拱顶处的内力与位移，分析了橡胶混凝土作为拱肋混凝土对钢管混凝土拱桥非线性地震反应的影响。最后基于变形-能量的双重破坏准则，研究了该拱桥地震作用下的损伤程度，计算其在加速度峰值为0.2g和0.4g地震作用下的破坏指数DI。
　　分析结果表明:拱肋混凝土中加入橡胶，拱桥的各阶振型不变，自振频率略降低，主要模态的敏感度和贡献率几乎无影响;拱桥的地震反应减小，钢管在地震中受力增大，而核心橡胶混凝土受力减小;在0.2g和0.4g加速度峰值的地震作用下，拱肋混凝土为RuC5时地震损伤最小，NC次之，为RuC15时损伤最大，即拱肋混凝土橡胶含量为5％时拱桥抗震性能较好。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的及意义

1．2 国内外研究及发展现状

1．2．1 橡胶混凝土的研究及发展现状

1．2．2 钢管橡胶混凝土的研究与发展现状

1．2．3 钢管混凝土拱桥地震响应及研究现状

1．3 本文研究的主要内容

第二章 CFST与RuCFST拱桥中材料应力应变关系

2．1 概述

2．2 钢材的应力应变关系

2．3．1 核心普通混凝土应力应变关系

2．3．2 核心橡胶混凝土应力应变关系

2．4 钢管混凝土复合结构件有限元处理方法

2．4．1 换算材料模型

2．4．2 钢管混凝土统一理论

2．4．3 双单元模型

2．5 本章小结

第三章 CFST与RuCFST拱桥动力特性分析

3．1 概述

3．2 桥梁概况

3．3 拱桥ANSYS有限元模型

3．3．1 单元类型

3．3．2 边界条件简化处理

3．3．3 材料性能数据

3．4 自振频率及模态

3．5 动力特性比较

3．6 自振模态敏感性分析

3．7 模态贡献系数分析

3．8 本章小结

第四章 CFST与RuCFST拱桥反应谱分析

4．1 概述

4．2 反应谱法理论

4．3 反应谱曲线

4．3．1 水平加速度反应谱

4．3．2 竖向加速度反应谱

4．4 CFST与RuCFST拱桥反应谱分析

4．4．1 横桥向反应谱作用下响应分析

4．4．2 顺桥向反应谱作用下响应分析

4．4．3 竖向反应谱作用下响应分析

4．4．4 组合地震动输入下响应分析

4．5 本章小结

第五章 CFST与RuCFST拱桥动力时程分析

5．1 概述

5．2 地震作用下的运动方程

5．3 材料与阻尼

5．4 一致激励下拱桥非线性动力时程分析

5．4．1 一致激励

5．4．2 El-centro波一致地震输入

5．5 非一致激励下拱桥非线性动力时程分析

5．5．1 非一致激励

5．5．2 考虑行波效应的地震响应分析

5．6 本章小结

第六章 CFST与RuCFST拱桥抗震性能评估

6．1 概述

6．2 地震作用下结构破坏准则

6．2．1 破坏准则

6．2．2 破坏模型和评估指数

6．3 CFST与RuCFST拱桥拱肋破坏评估

6．3．2 0．2g地震作用下拱肋破坏评估

6．3．3 0．4g地震作用下拱肋破坏评估

6．4 本章小结

结论

附录

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况