基于OpenSees桥梁多点激励子结构拟动力试验方法研究

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子结构拟动力试验作为工程抗震领域最为重要的研究方法之一,为开展大跨度、大尺寸桥梁结构的抗震性能研究提供了帮助。该试验方法不仅能将地震作用下的结构响应更为真实地反映出来,而且还能降低试验的成本。  OpenSees作为一种开源有限元软件,有着良好的运行特性,其高效的运算速率和可靠的运算精度成为了很多研究者的研究工具,且高度的开源特性为子结构拟动力试验二次开发软件提供了可能。本文主要进行了OpenSees子结构拟动力试验方法研究和相关程序开发,并完成了一座四跨梁式桥的虚拟子结构拟动力试验,同时对其在多点激励下的虚拟子结构拟动力试验开展了相关研究,验证了整个方法的可行性和有效性。  首先介绍了子结构拟动力试验的基本方法原理,介绍了OpenSees的运行框架及利用 Tc l脚本语言实现子结构拟动力试验的全过程,同时对弹塑性时程分析的相关理论进行了阐述,详细介绍了相关数值积分方法的理论、OpenSees中非线性梁柱单元、截面及其方程求解。这些都为本文后续程序开发提供了理论基础。  然后介绍了桩土相互作用的理论分析方法及其部分计算简化模型,对比了 m法和p-y曲线法的区别,并阐述了在OpenSees中如何应用p-y曲线法建模并计算,并以一座四跨梁式桥为算例,取中间桩和桥墩为整体部分并将其作为试验子结构进行虚拟试验,验证了在考虑桩土相互作用下的子结构拟动力试验方法的可行性。  最后介绍了多点激励的相关理论方法及用于该方法下的人工地震波的生成途径,并以一座单跨100m的四跨梁式桥和一座单跨185m的拱桥为算例,对比了两座桥梁在一致激励和多点激励输入下的响应差别,同时将多点激励的分析方法应用在前面子结构拟动力试验方法中,通过对比子结构分析结果与整体分析结果吻合度验证了该子结构拟动力试验方法在多点激励分析方法下同样适用。
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