防屈曲耗能支撑在桥梁减震设计中的初步研究

摘要

新颁布的铁路抗震规范，较之旧规范，罕遇地震下桥梁设计计算的水平地震力大幅提高，加之铁路桥上铺设无缝线路对桥墩线刚度的要求，使得铁路桥梁墩身刚度较以前也有较大幅度提高。这些因素都使铁路桥梁抗震设计的难度加大了很多，将防屈曲耗能支撑应用到桥梁的减震设计中，可能为解决铁路桥梁罕遇地震条件下的减震设计提供一种新的途径。 防屈曲耗能支撑是通过在普通钢支撑的外围设置钢套管和外包混凝土等约束机制，抑制支撑受压时的屈曲而不限制其受轴向力时的自由伸缩，使支撑在受拉和受压时都能表现出全断面屈服。通过合理的设计和制造，防屈曲耗能支撑可在罕遇地震发生时率先屈服，利用钢材良好的滞回耗能性能消耗地震输入的能量，保护桥梁主体结构免遭破坏。 本文侧重对适合桥梁减震使用的防屈曲耗能构件进行理论推导和有限元分析，首先对防屈曲耗能支撑构件的设计要素进行了理论分析和推导，通过整体稳定和局部稳定分析给出了实现核心钢构件防屈曲所需要的约束套管的刚度和承载力要求。 根据理论分析的成果，通过具体算例来验证理论分析的正确性，并利用有限元软件ANSYS的非线性分析功能，综合考虑包括材料非线性，屈曲分析和接触分析等各种非线性因素，对支撑构件在往复荷载作用下的受力全过程进行了仿真模拟，分析防屈曲耗能支撑的延性滞回耗能性能，为防屈曲耗能支撑的试验研究打下基础。

目录

文摘

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致谢

1 绪论

1.1 论文研究的立题依据及意义

1.2 论文研究背景及现状

1.2.1 传统结构抗震设计

1.2.2 结构振动控制

1.2.3 被动控制

1.2.4 结构工程中的被动消能系统

1.2.5 结构传统耗能支撑

1.3 防屈曲耗能支撑原理及研究最新进展

1.3.1 防屈曲耗能支撑的构造

1.3.2 防屈曲耗能支撑的基本原理和性能

1.3.3 防屈曲耗能支撑的优缺点

1.3.4 防屈曲耗能支撑的理论渊源和演进过程

1.3.5 防屈曲耗能支撑的研究应用的最新进展

1.4 本文研究内容及思路

1.4.1 防屈曲耗能支撑

1.4.2 防屈曲耗能支撑在桥梁延性设计中的应用

2 研究方法及计算理论

2.1 结构分析的非线性基本理论

2.1.1 非线性问题

2.1.2 非线性求解方法

2.2 屈曲分析

2.3 有限元分析

2.4 钢构件的恢复力学模型

2.4.1 理想弹塑性模型

2.4.2 双线性模型

2.4.3 Ramberg-Osgood模型

2.4.4 Bouc-Wen模型

3 防屈曲耗能支撑构件的理论分析

3.1 构件工作原理

3.2 构件核心区截面组成确定

3.2.1 内核构件的截面积

3.2.2 防屈曲耗能支撑的稳定理论

3.2.3 外约束钢管的选取

3.3 连接段的稳定分析

3.4 防屈曲耗能支撑的非线性滞回模型

3.5 算例

3.6 本章小结

4 防屈曲耗能支撑构件的有限元模型

4.1 有限元模型的建立

4.1.1 单元模型分析

4.1.2 本构关系

4.1.3 破坏准则

4.1.4 建立模型

4.1.5 加载方式

4.2 特征值屈曲分析

4.3 数值模拟结果分析

4.3.1 滞回性能

4.3.2 极限承载力分析

4.4 核心构件宽厚比对防屈曲耗能支撑的影响

4.5 防屈曲耗能支撑的连接段

4.6 防屈曲耗能支撑的设计建议

5 结论和展望

5.1 结论

5.2 进一步工作的建议

参考文献

作者简历