某连续刚构桥地震响应损伤分析

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混凝土桥梁在交通基础设施中占据着重要地位,其抗震性能一直是结构地震研究领域的重点。随着混凝土损伤理论的发展,以混凝土材料损伤模型为工具来进行桥梁的非线性地震响应损伤分析是研究桥梁抗震性能的精细方法,既能满足一般的抗震分析,又可准确模拟混凝土桥梁局部构件在地震作用下的损伤演化过程,因而日益受到工程界与学术界的重视。本文介绍了混凝土损伤的一般理论和桥梁动力时程分析的基本方法,对某三跨连续刚构桥进行弹塑性动力时程分析与损伤分析。具体内容与相关结论如下:  (1)概述混凝土桥梁的震害与损伤机理;阐述混凝土材料的损伤现象与机理,介绍混凝土损伤现象、机理以及静力与动力本构模型的研究现状。  (2)系统介绍本文所使用的损伤理论;描述混凝土的动力损伤特性;对动力损伤本构模型的基本结构进行概述;在上述基础上总结一个适用于混凝土材料的弹性与弹塑性损伤本构模型,此模型放弃了经典的等效应变假设,逻辑严密且标定参数少,适用大型混凝土结构的地震响应损伤分析。  (3)使用MIDAS/CIVIL建立考虑桩—土作用的某连续刚构桥的动力分析模型,分析其自振特性,获得前20阶振型与频率,为时程分析提供相关数据;运用MIDAS/CIVIL建立全桥弹塑性动力分析模型,桥墩采用了能考虑构件截面内力相互耦合影响的纤维模型。分别沿纵向、横向与纵横双向输入修正的EI Centro波,进行全桥弹塑性动力时程响应分析,获得桥墩的位移、内力、开裂与屈服的时间和部位等时程分析结果。  (4)基于混凝土损伤本构模型、有限元数值方法和ABAQUS中用户材料子程序UMAT及VUMAT的原理,使用Fortran语言编制对应的UMAT及VUMAT,为桥梁的地震响应损伤分析提供平台。使用ABAQUS模拟计算PEER数据库中的部分混凝土柱,获得了墩柱的损伤参数,分别拟合出弹性与塑性阶段的损伤参数公式。根据该公式获得桥墩的损伤参数,代入材料子程序VUMAT中,使用ABAQUS进行全桥纵向、横向与纵横双向地震输入下的地震响应与损伤分析,获得桥墩的位移、内力与损伤结果。通过分析比较弹塑性动力时程分析结果与损伤分析结果,发现内力差值在10%以内,位移的发展趋势一致,破坏部位一致,墩顶和墩底是连续刚构桥的抗震薄弱部位,验证了损伤参数计算公式的合理性,可为桥梁的抗震分析与损伤分析提供参考。
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