基于OpenSees的连续刚构桥梁地震动力响应研究

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我国西部地区多为山岭重丘区,地形、地貌和地质条件复杂。山区桥梁通常采用多联连续梁或连续刚构的结构形式,下部一般为高墩,且墩高相差悬殊,属于典型的非规则桥梁,在强震作用下容易发生破坏。而目前的《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01-2008)只适用于跨径不超过150m,墩高不超过30m的规则桥梁。西部地区为地震多发区,桥梁是交通枢纽工程,也是生命线工程的重要一环。因此,随着西部地区该类桥梁的不断出现,有必要对高墩连续刚构桥梁的地震动力响应规律和分析方法开展深入的研究。  对桥梁结构有限元分析而言,精确合理的分析模型是数值模拟的关键。本文以连续刚构桥梁台阵试验模型为分析对象,基于OpenSees软件对桥梁模型进行了精确的建模和动力响应分析,具体内容和方法如下:  1.简单介绍了有限元软件OpenSees在土木工程中的应用,详细阐述了桥梁结构中常用的材料、截面和单元,并对其常用的分析模块的构成与结果输出进行了简单的介绍。  2.主梁采用弹性梁柱单元,桥墩采用弹塑性纤维单元。支座采用零长度单元,其材料模型根据支座形式的不同而分别设定。选用线性弹簧碰撞模型来模拟伸缩缝的碰撞。对桥墩、支座、伸缩缝等桥梁关键构件进行了精确模拟,根据其结构形式建立全桥模型。基于OpenSees软件对连续刚构桥试验模型进行了数值验证,分析桥梁在不同地震动作用下的反应规律。  3.对比分析了桥梁在一致激励和考虑行波效应的多点激励下的动力响应及其影响规律。  4.初步探讨了桥梁伸缩缝处的碰撞作用机理,以桥梁模型为研究对象建模分析了碰撞对桥梁抗震的不利影响。  5.对比分析了设置隔震支座和阻尼器前后高墩桥梁的地震反应,初步研究了隔震支座和阻尼器在桥梁减隔震中的作用。  数值模拟和试验结果对比分析,结果表明模拟的桥梁动力特性及响应和试验结果基本吻合,从而验证了OpenSees分析模型的合理性。研究了行波效应对桥梁动力响应的影响,分析结果表明此桥梁模型在行波激励下的动力响应反而更小。桥梁上部结构在一定的地震动激励下会产生碰撞震害。设置隔震支座和阻尼器后,桥梁上部结构的碰撞作用有所减弱,可见,隔震支座和阻尼器均有很好的减隔震作用。
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