高墩曲线长桥灾变模型与多点多向动态传递理论研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
51078306
项目类别：
面上项目
资助金额：
36.0万
负责人：
李青宁
依托单位：
西安建筑科技大学
学科分类：
E0804.结构工程
结题年份：
2013
批准年份：
2010
项目状态：
已结题
起止时间：
2011-01-01 至2013-12-31

项目参与者：
李进；谢异同；孙建鹏；王天利；李锐；汪洁；尹海军；闫仙丽；席晶晶；
关键词：
非线性分析灾变模型高墩曲线长桥多点多向动态传递振动台试验

项目摘要

通过理论分析、实体模型地震模拟振动台试验，以及大量震害调研和数值仿真，研究高墩曲线长桥抗震体系及其构件的动力灾变过程和倒塌破坏模式；研究构件设计参数与构件承载能力和变形能力的关系；探讨多种变形状态之间的耦合关系及其数学模拟方法；建立弹性阶段、弹塑性阶段和碎裂断裂-破坏阶段的力学分析模型；研究碎裂断裂处钢筋与碎混凝土的残余特性及人工"铰"模拟方法；探讨时滞效应分析方法；建立梁、墩及连接单元各个阶段的性态传递关系；研制高墩稳定分析的性态传递精细计算程序；建立高墩曲线长桥时-空耦合计算模型；探索灾变机理；提出灾变模型；提出地震作用下高墩曲线长桥多点多向动态传递理论及精细计算方法并研制分析程序；研究高墩曲线长桥的抗震性能和稳定性能；探讨地震动最不利输入方式和方向；探讨基于抗震性能优化的高墩曲线长桥抗震理论和分析方法；为此类桥梁的发展和优化提供科学依据；促进桥梁工程学与力学等多学科的交叉创新。

结项摘要

1提出了高墩曲线长桥抗震体系的概念。对于野外公路桥梁, 提炼出平面为C形和S形两类高墩曲线长桥结构模型; 对于城市桥梁，提炼出三类典型结构模型：单支多联直线长桥;单支多联曲线长桥和连续分叉曲线长桥。 2 设计制作了平面为C、S和带匝道人字形1/20缩尺比例高墩曲线长桥模型，控制长细比反映高墩特点；设计振动转换系统，实现单振动台多点激励；进行了地震模拟振动台试验研究。研究了支座损伤、主梁脱落、主梁弯扭、桥墩弯剪、中墩竖向失稳和绕弱轴弯扭失稳等灾变模式。 3 探讨典型元件性态关系和灾变模型。基于课题申请者提出的“辅助体系法”,考虑多种变形，推导了曲线梁、变截面墩和约束扭转曲线箱梁空间性态传递矩阵精确解及支承连接传递关系。提出采用不同性质的塑性铰链模拟构件地震损伤变形和碎裂断裂非线性性质的思路，推导了空间塑性铰链性态传递矩阵和构件弹塑性传递矩阵。 4探讨高墩曲线长桥动力灾变过程。结合试验结果和震害调研，提出结构弹性、弹塑性及倒塌破坏三阶段的性态分析模型，探讨了墩柱、C、S和人字形高墩曲线长桥的倒塌破坏模式，结合典型体系，探讨了桥梁倒塌破坏阶段的性态传递分析方法。 5将指数矩阵的精细计算原理与传递矩阵法原理相结合，提出了曲线梁桥精细传递矩阵法。 6 基于傅里叶变换和精细传递矩阵法，提出了曲线箱梁桥频域地震反应分析精细传递矩阵法。 7 提出了多点多向地震激励下，大跨桥梁结构频域动力反应分析的精细传递矩阵法。 8提出了单肢和双肢超高墩稳定分析和动力分析的传递矩阵法和精细传递矩阵法。 9探讨高墩曲线长桥地震动传递输入模式。提出了一种基岩输入剪切位移波桥墩动力分析方法；提出了基于支座位移和加速度输入的结构频域地震反应分析方法；提出了基于小波分解的大跨结构地震反应分析方法；为多点多向地震波输入和桥梁反应动态传递提供理论。 10 依托某市立交工程，建立了高架曲线长桥体系计算模型，进行了一致和多点多向输入下的地震反应分析，探讨了地震动最不利输入方式和方向；研究了高架曲线长桥三维空间特性、碰撞效应和非线性破坏模式。