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设置防撞落装置的隔震连续梁桥碰撞响应及简化设计方法研究

设置防撞落装置的隔震连续梁桥碰撞响应及简化设计方法研究

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作者：艾合买提江·吐尔洪华中科技大学

学位级别：硕士

为避免桥梁在强震作用下发生碰撞和落梁,各国学者提出在桥梁上使用缆索式限位器、阻尼器及缓冲装置等。上述限位装置能够在一定程度上减小结构的地震响应,但功能单一,不能同时起到防碰撞和限制梁体位移的作用。因此,本文提出一种由橡胶... 详细信息

为避免桥梁在强震作用下发生碰撞和落梁,各国学者提出在桥梁上使用缆索式限位器、阻尼器及缓冲装置等。上述限位装置能够在一定程度上减小结构的地震响应,但功能单一,不能同时起到防碰撞和限制梁体位移的作用。因此,本文提出一种由橡胶缓冲块与钢挡块组成的防撞落装置,并以钢筋-混凝土隔震连续梁桥为对象,围绕橡胶缓冲块冲击力学模型、设置防撞落装置的桥梁碰撞响应及简化设计方法展开研究,主要研究内容及结论如下:(1)橡胶缓冲块冲击力学性能分析及本构模型研究。根据橡胶缓冲块静态压缩和冲击试验结果,研究了尺寸、材料、荷载形式等因素对试块力-变形关系的影响,并通过有限元分析,得到橡胶缓冲块在冲击荷载作用下的应力分布及能量变化。基于橡胶块冲击试验数据,对Polycarpou提出的非线性-粘弹性碰撞模型进行了改进。研究结果表明,修正后的橡胶缓冲块冲击本构与试验结果吻合度更高。(2)设置防撞落装置的隔震连续梁桥单边碰撞响应分析。对桥墩、隔震支座等非线性构件进行等效线性化,提出仅考虑过渡墩处防撞落装置影响的隔震连续梁桥简化分析模型,并与Open Sees有限元模型对比验证了其有效性。在MATLAB中对简化分析模型进行数值建模,研究了结构自振周期、桥墩延性、支座水平刚度、防撞落装置的刚度和间隙宽度等因素对结构单边碰撞响应的影响。研究结果表明,自振周期、支座水平刚度、防撞落装置刚度对结构单边碰撞响应的影响较大。(3)设置防撞落装置的隔震连续梁桥简化设计方法研究。本文提出一种基于碰撞力反应谱的隔震连续梁桥防撞落装置迭代设计方法。该方法通过碰撞力反应谱考虑了结构振动特性、地震动特性及场地条件等因素的影响。在Open Sees中开发了橡胶缓冲块简化冲击本构对应的材料模型。对设置防撞落装置的桥梁有限元进行非线性时程分析,通过比较设置防撞落装置前后墩梁相对位移和最大碰撞力的变化,验证了防撞落装置的有效性和设计方法的合理性。结果表明,采用本文提出的设计方法,在梁体两端对称布置防撞落装置能够有效减小结构地震响应,避免相邻梁体碰撞和落梁。

关键词：隔震连续桥梁防撞落装置简化分析模型冲击力学本构简化设计方法碰撞力反应谱

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