考虑土—路面—结构相互作用的城市高架桥地震反应分析

论文摘要

最近几十年来,全球发生了多次大地震,造成了严重的生命财产损失,导致大量的城市道路和城市高架桥、立交桥破坏。随着我国城市化进程的加快,各种类型的复杂立交工程相继建立。城市桥梁作为城市交通生命线工程的重要组成部分,若在地震时发生严重破坏,不仅在经济上造成巨大的损失,而且还会因交通中断,影响城市抗震救灾工作的顺利进行,导致严重的社会后果。在城市交通系统中,桥梁和公路是两个不可缺少的部分。在地震作用下,两者之间是相互作用、相互影响的。考虑两者之间的相互作用具有重要的意义。本文利用ABAQUS有限元软件为平台,建立了土-桩-路面-桥梁结构体系的三维非线性有限元模型,对有路面和无路面两种工况进行了计算分析,讨论了路面的存在对整个结构体系的影响。在本文中,对土-桩-路面-桥梁结构体系横向、纵向和竖向地震反应进行了计算分析。分析结果表明,在水平地震作用下,考虑路面结构的桥面位移和桥墩顶部应力均小于不考虑路面的结构,但竖向地震反应相差不大。路面结构层的存在会加大其附近的桩-土接触压力,对附近的桩体产生不利的影响。桥梁在地震作用下的不利区域主要集中在桥墩的上部和下部。考虑桩-土相互作用时,土体在地震作用下表现出剪切型特性,桥墩附近土体的位移在底部最小,土体表面处最大,路面结构层的存在会减小土体位移。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 城市桥梁结构的震害及分析
• 1.2.1 城市桥梁结构的震害
• 1.2.2 城市桥梁结构的主要震害形式
• 1.3 路基、路面的主要震害形式
• 1.4 桥梁结构地震响应分析方法
• 1.5 桥梁土-结动力相互作用研究现状
• 1.6 土-结动力相互作用的计算分析方法
• 1.6.1 集中参数法
• 1.6.2 子结构法
• 1.6.3 直接分析法
• 1.7 本文的主要研究内容
• 第2章 高架桥有限元模型
• 2.1 引言
• 2.2 ABAQUS 有限元软件简介
• 2.3 桥梁原型
• 2.4 模型中涉及的材料本构模型及参数
• 2.4.1 混凝土材料本构模型及参数
• 2.4.2 钢筋材料本构模型及参数
• 2.4.3 路面结构层及土层材料本构模型及参数
• 2.5 阻尼的确定
• 2.6 桥梁支座的模拟
• 2.7 单元选择及网格划分
• 2.8 土体边界模拟
• 2.9 桩-土接触面模拟
• 2.9.1 接触的定义
• 2.9.2 接触本构关系
• 2.10 荷载工况和计算过程控制
• 2.10.1 求解模块
• 2.10.2 土体初始应力场
• 2.10.3 计算过程控制
• 2.11 本章小结
• 第3章 横向地震作用下结构体系的弹塑性动力分析
• 3.1 引言
• 3.2 有限元模型
• 3.3 输入地震动
• 3.4 模态分析
• 3.5 初始应力场
• 3.6 计算结果分析
• 3.6.1 加速度位移反应分析
• 3.6.2 桥墩应力分析
• 3.6.3 路面结构层对土体的影响
• 3.6.4 桩-土接触压力分析
• 3.6.5 桥梁损伤
• 3.7 本章小结
• 第4章 纵向地震作用下结构体系的弹塑性动力分析
• 4.1 引言
• 4.2 有限元模型
• 4.3 计算结果分析
• 4.3.1 加速度位移反应分析
• 4.3.2 桥墩应力分析
• 4.3.3 路面结构层对土体的影响
• 4.3.4 桩-土接触压力分析
• 4.3.5 桥梁损伤
• 4.4 本章小结
• 第5章 竖向地震作用下结构体系的弹塑性动力分析
• 5.1 引言
• 5.2 有限元模型
• 5.3 计算结果分析
• 5.3.1 加速度位移反应分析
• 5.3.2 桥墩应力分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢