【摘 要】
:
桥梁作为地震发生后抢险救灾的“生命线”,其在地震后的损伤状况将直接影响救援的速度与进程,因而准确地掌握桥梁结构地震破坏机理,并评估出其抗震性能具有重大意义。利用试验对桥梁结构进行分析研究无疑是最精确的方法,但试验存在有成本高周期长的弊端,致使该方法应用起来存在有比较大的局限性。相比之下,利用以有限元为代表的计算力学技术进行结构在地震作用下的力学行为的仿真与分析也可以得到比较准确的计算结果,能够合理
【基金项目】
:
国家重点研发计划(2019YFC1511101)
论文部分内容阅读
桥梁作为地震发生后抢险救灾的“生命线”,其在地震后的损伤状况将直接影响救援的速度与进程,因而准确地掌握桥梁结构地震破坏机理,并评估出其抗震性能具有重大意义。利用试验对桥梁结构进行分析研究无疑是最精确的方法,但试验存在有成本高周期长的弊端,致使该方法应用起来存在有比较大的局限性。相比之下,利用以有限元为代表的计算力学技术进行结构在地震作用下的力学行为的仿真与分析也可以得到比较准确的计算结果,能够合理地揭示出桥梁结构的损伤破坏形式,同时其成本低周期短相较于试验其优势更明显。鉴于上述原因,本文将基于通用有限元软件ABAQUS进行钢筋混凝土高墩刚构桥在地震作用下的损伤破坏机理研究。文章将通过建立弹塑性本构关系并进行相应的开发,同时对相关仿真方法进行研究,以保证高墩刚构桥地震反应分析时的计算效率与精度,从而为基于性能的桥梁抗震设计提供一定的参考,所进行的研究工作及得到的相关结论如下:(1)基于ABAQUS所提供的用户材料子程序接口 UMAT,采用Fortran语言编写出钢筋滞回模型、混凝土滞回模型以及构件层面滞回模型的子程序。利用上述三种材料滞回模型子程序以及ABAQUS软件自带材料模型,进行钢筋混凝土构件的数值分析。结果表明,在利用本文所开发的材料滞回模型进行分析时,能很好地模拟出构件在往复荷载作用下的刚度退化现象,但不能模拟出加载循环后期的强度退化现象,导致最大计算误差达24.6%。而利用ABAQUS软件自带材料模型则既不能模拟出刚度退化现象也不能模拟出强度退化现象,且过高地估计了构件的耗能能力,计算误差高达97.1%,与实际严重不符。(2)以Park提出的地震损伤模型为基础,通过对太平洋地震工程研究中心柱试验数据库的相关数据进行回归分析,建立了可以考虑钢筋与混凝土黏结滑移以及混凝土保护层剥落影响的承载能力退化模型。将该模型引入到所开发的钢筋滞回模型中,能够很好地模拟出构件的强度退化现象,构件的计算误差下降至9.5%以内,并且对数据回归范围以外的试件仍有很强的适用性。(3)由于宏观模型(纤维、梁单元)不能揭示出桥梁墩柱的细观破坏形式,而精细模型(实体单元)计算耗时较长,为了能平衡仿真分析时的效率与精度,建立桥梁墩柱的多尺度模型。重点对多尺度模型的界面连接方式以及精细化区域的界定方式进行了讨论。通过计算结果与试验结果的对比发现,本文所提出的多尺度模型建模方法,能够很好地揭示出桥梁墩柱的塑性铰区损伤破坏过程,并提高模型的计算效率,可以为后续桥梁结构的仿真分析提供支撑。(4)以IDA方法为基础,对已经建成的高墩刚构桥进行了其在不同场地、不同震中距的地震作用下由完好到损伤破坏的全过程仿真,在仿真分析时也重点比较了结构在不考虑与考虑行波效应时的区别,同时对计算所得的结构位移时程曲线进行了处理,得到其残余位移漂移率。得到如下结论:Ⅱ类场地地震作用对结构残余位移的影响要大于Ⅰ类场地,近场地震作用下结构所产生的残余位移要明显大于远场地震作用下;在相同的PGA下,考虑行波效应要比不考虑行波效应时结构响应要大的多,损伤破坏更为严重;通过计算得到的残余位移漂移率可以作为高墩刚构桥的抗震性能水准和其震后震害评估标准。
其他文献
渗透性是评估水泥基材料耐久性能的重要指标,按传输介质的不同,可以分为水渗透性、氯离子渗透性、气体渗透性等。其中由于气体分子更容易穿过混凝土材料的孔隙结构及界面过渡区,其渗流过程和试验结果能更加准确地反应混凝土材料的耐久性能,是衡量UHPC耐久性的理想物理参数。此外,在核电领域、防护工程等领域的设计规范中也对气体渗透性指标有着严格规定,UHPC要应用于这些领域必须确定其气体渗透性能。目前,国内还缺少
芳纶纸作为一种高性能纸基材料,广泛应用于轨道交通等电气绝缘领域作为主绝缘材料。轨道交通牵引电机、牵引变压器等电气设备中的芳纶纸长期以来仍严重依赖进口,国内生产的芳纶纸在结构设计上存在较大的缺陷,芳纶纸呈“开放式”微观结构,界面结合度低,表现为电气绝缘性能低且波动大,无法满足轨道交通领域高绝缘、高耐热、低离散等特殊要求。为了克服“开放式”微观结构存在界面结合度低的问题,本论文开展了“密封式”微观结构
冷弯薄壁矩形钢管柱因其合理的截面形式表现出较好的压弯性能,因而被广泛应用于冷弯薄壁多层框架结构体系,作为框架结构的抗侧力构件。然而,冷弯薄壁矩形钢管柱的板件宽厚比一般较大,易发生局部屈曲,影响构件的极限承载力。目前国内钢结构设计规范根据截面承载力以及塑性变形能力,将钢构件截面板件分为不同宽厚比等级,并采用相应的极限承载力设计方法。然而,国内的薄壁型钢设计规范对冷弯薄壁型钢构件截面板件没有明确的分类
水环境问题一直以来都被人类社会所广泛关注。随着农药和氮肥的大量使用,农药和硝酸盐常共存于农业径流中。有机农药和硝酸盐可稳定存在于水体中,分布范围广,成为水处理的难点问题,威胁着水环境健康和饮水安全。当前研究多集中在有机农药或硝酸盐的单独去除,未考虑两者复合污染下的转化机制。由于硝酸盐的光敏性,其经光照后可生成包括羟基自由基(Hydroxyl radical·OH)和含氮自由基(Reactive n
碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)筋以其轻质高强、耐腐性及抗疲劳性能优良等诸多优点,而有望成为恶劣使用环境下土木工程结构中钢制筋材的替代品。为最大程度发挥CFRP抗拉比强度高的特性,宜将其作为拉索(包括预应力体外索、斜拉桥拉索、悬索桥和中下承式拱桥吊杆等)使用。以活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)为
随着新型城镇化和供给侧结构性改革的不断推进,以现浇为主的建造方式已不能满足新发展理念的要求,发展以装配式建筑为代表的新型建筑工业化已成为行业趋势。尽管装配式建筑在国家政策的加持下得到了快速发展,但对全装配式框架结构的构造形式和性能设计仍有待完善,特别是梁柱节点等重要部位的抗震性能研究。因此,开发出一种抗震性能优良且构造简单的全装配式梁柱节点已成为研究装配式结构的重点。本文以新型全装配式梁柱节点的低
低密度聚乙烯(Low-density polyethylene,LDPE)是塑料制品的主要原材料,因其价格低廉、可塑性强,在全球范围内的应用十分广泛。此外,作为一种聚合物沥青改性剂,应用LDPE对沥青进行改性可有效提升基质沥青在高温条件下的性能,但LDPE单一改性沥青的低温性能和储存稳定性能有待进一步探究。与此同时,乙烯-醋酸乙烯共聚物(Ethylene-vinyl acetate copolym
箱型结构由于其优异的受力性能在大跨径混合体系斜拉桥中得到广泛采用,其中箱梁作为边跨混凝土主梁常用形式,空腔式箱型锚(地锚箱)又是具有竞争力的地锚形式之一,因此研究大跨混合体系斜拉桥中混凝土箱型结构受力性能极具意义。本文以湖北武穴长江公路大桥和十淅高速丹江口水库特大桥为工程背景,结合交通运输部科技计划项目“混合梁斜拉桥PC宽箱梁品质提升关键技术研究”(项目编号为:2018-MS1-017)与湖北省交
随着桥梁跨径的日益增大,大跨桥梁的风致振动问题越来越显著,其中颤振是一种发散性的振动,可能会导致桥梁的坍塌。颤振导数是表征桥梁气动自激力的重要参数,精确的识别颤振导数是颤振分析的前提。由于工程中广泛存在各种不确定性,因此对颤振导数识别的不确定性进行量化十分必要。本文的工作主要包含四个部分:一是采用群体智能算法——人工蜂群算法对包含竖弯和扭转两自由度节段模型自由振动信号的最小二乘目标函数进行优化求解
为综合解决钢桥面铺装疲劳开裂、早期易损坏两大难题,本研究团队提出超高性能轻型组合桥面体系。由于该体系中沥青层与下承层UHPC为刚-柔复合结构,上、下结构层间(刚柔界面)黏结牢固是需要重点关注的问题。本文通过室内试验研究和数值模拟分析,对轻型组合桥面体系UHPC-SMA同步碎石黏层力学性能的影响因素进行了相关研究:(1)分析桥面黏结材料类型及性能特点、黏层同步碎石性能要求、国内外层间力学强度的测试方