材料的率相关性对桥梁抗震性能影响的研究

作     者：史利伟 

作者单位：大连海洋大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李敏;刘国建

授予年度：2024年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：桥梁抗震 应变率 一致激励 多点激励 氯离子侵蚀 

摘      要：桥梁作为交通网络中至关重要的组成部分,其安全性和耐久性直接关系到人民生命财产的安全以及社会经济的正常运行。随着全球气候变化和自然灾害频发,桥梁抗震性能的重要性日益凸显。地震作用作为一种动荷载,其作用在结构上,使得结构材料产生较大的应变率,已有学者研究了结构材料在不同应变率下的力学性能变化,但是关于材料的应变率效应直接对桥梁抗震性能影响的系统性研究还相对有限。此外,考虑到近海桥梁在设计与维护过程中还需面对更为复杂的环境因素,如盐雾腐蚀等,这对桥梁的抗震性能提出了更高的要求。具体研究如下: 1.运用ABAQUS有限元分析软件构建了某跨海大桥某桥段的模型,混凝土采用损伤塑性模型,钢筋采用理想弹塑性模型,使用Lanczos方法计算了结构的振型和频率,以探究其动力学特性,结果表明,模拟的桥梁结构有较大的刚度。 2.基于运用ABAQUS有限元软件建立的桥梁模型,采用时程分析的方法,研究了考虑和不考虑材料应变率效应的两类工况下动态响应,绘制并比较了桥墩顶部位移时程曲线和桥墩底部剪力时程曲线,结果表明:考虑材料应变率效应的工况下桥梁墩顶的位移减小,墩底剪力增大,抗震性能有所提高。 3.使用ABAQUS有限元软件建立桥梁的模型,同时考虑地震动的空间效应和材料的应变率效应,分析了多点激励相较于一致激励对桥梁抗震性能的影响。结果表明:地震动的空间效应放大了墩顶位移值,增加了墩底剪力,桥梁结构的形变在地震动空间效应的影响下变得更为显著,材料的率相关性会削弱地震动空间效应带来的影响。 4.使用ABAQUS有限元软件建立桥梁的模型,在一致激励下,同时考虑材料的应变率效应和氯离子侵蚀共同作用对桥梁抗震性能的影响。结果表明:单独考虑氯离子侵蚀作用的桥梁,钢筋会加剧退化,增加混凝土负担,导致桥梁的抗震性能显著下降;同时考虑材料的应变率效应和氯离子侵蚀共同作用的桥梁较单独考虑氯离子侵蚀的桥梁,位移和剪力有所减少,考虑材料率相关性的桥梁结构对于氯离子侵蚀的影响有所缓解,在一定程度上提高了桥梁的抗震性能。