罗辑[1]2004年在《基于OpenSees计算平台的钢管混凝土拱桥抗震性能分析》文中研究指明钢管混凝土拱桥由于承载力高、跨越能力强、抗震性能好、施工方便而发展迅速。我国作为一个多地震国家，在钢管混凝土拱桥广泛应用这一客观现状之下，研究钢管混凝土拱桥抗震性能是十分必要而迫切的。OpenSees(Open System for Earthquake Engineering Simulation)是由美国加州大学伯克利分校开发的地震工程仿真计算平台，具有开放源代码和软件构架的特点，可以利用网上资源由用户共同开发和使用，能更有效地促进平台的发展，反映了计算软件的最新发展趋势。钢管混凝土拱桥弹塑性时程分析的精度依赖于材料的本构关系，目前钢管混凝土中核心混凝土的本构模型较多，本文采用几个典型的核心混凝土本构模型，利用OpenSees计算平台对一钢管混凝土短柱进行了Push-over分析，将计算结果与该柱试验数据进行对比分析，确定了本文采用的本构模型。本文对一钢管混凝土模型拱桥进行弹塑性时程分析，将计算结果与该模型拱桥振动台试验数据进行比较，二者吻合较好，从而确定钢管混凝土拱桥的动力计算模型。最后，利用OpenSees计算平台对巫峡长江大桥进行了抗震性能分析，得到在各种地震波作用下拱桥的地震反应，并对拱桥的地震反应数据进行了研究，为钢管混凝土拱桥抗震设计概念的进一步明确、抗震设计体系的进一步建立和完善提供基础性资料。
魏国强[2]2013年在《钢管混凝土框架-RC剪力墙混合结构抗震性能研究》文中研究说明钢-混凝土混合结构体系由于其较好的抗震性能,已广泛的应用在高层及超高层结构中,钢管混凝土框架-RC剪力墙结构作为一种典型的混合结构体系,也开始应用在实际工程中。但对这类结构抗震性能的研究主要还是集中在构件方面,对结构体系的研究相对较少,本文从构件和体系两个方面对这种结构进行了研究,具体进行了以下几方面的工作：(1)采用开源非线性分析程序OpenSees计算平台中的非线性纤维梁柱单元对不同研究者完成的带钢管混凝土边柱、型钢混凝土边柱以及钢筋混凝土边柱的RC组合剪力墙进行了低周往复荷载试验的数值模拟,并将计算所得的滞回曲线和试验滞回曲线进行了对比,理论计算与实验结果总体上吻合良好。计算表明,这种在截面层次考虑非线性剪切效应的纤维模型法能够较好的模拟组合剪力墙的抗剪承载力、捏缩效应以及刚度退化。(2)对研究者完成的两层两跨的钢管混凝土框架-RC组合剪力墙结构进行了拟静力试验和拟动力试验的数值模拟,计算了结构顶层和底层的荷载-位移滞回关系曲线和加速度幅值为0.05g、0.1g、0.2g、0.4g、0.6g、0.8g、1.0g、1.4g时的Kobe地震波作用下结构的加速度反应和位移反应,并与试验结果进行了对比,计算与试验结果吻合良好。(3)采用有限元软件PKPM设计了两栋15层柱截面分别为圆形和方形的钢管混凝土框架-RC剪力墙混合结构,并计算了其在8度设防时的层间位移和层间位移角。运用OpenSees计算平台对所设计结构进行了不同侧力模式下结构的静力弹塑性分析,进一步验证了这种建模方法对混合结构体系的适用性。
韩兴[3]2010年在《基于已有振动台试验的钢管混凝土圆弧拱抗震性能分析》文中指出钢管混凝土拱桥因具有自重轻、强度高、延性好、施工便捷等优点,近年来在国内外得到了广泛应用。我国已建成钢管混凝土拱桥300余座,跨度超过50m的有200余座。中国是一个地震多发国家,许多钢管混凝土拱桥位于高烈度抗震设防区,因此钢管混凝土拱桥的抗震性能极其重要。本文利用IDA方法和Pushover方法对钢管混凝土圆弧拱的抗震性能进行了研究。具体工作如下:(1)基于已有的钢管混凝土拱桥振动台试验,验证了OpenSees有限元软件在分析钢管混凝土拱桥抗震性能时的适用性,研究了钢管混凝土拱桥在强震作用下的破坏过程和破坏机理。结果表明,钢管混凝土拱肋在峰值加速度不断提高的一系列地震动作用下,拱脚处因较大的基底剪力和倾覆力矩首先进入塑性并最终导致结构动力失稳破坏。由极限峰值加速度作用下拱脚钢管与混凝土的应力应变发展关系曲线可见,在地震作用下钢管混凝土应力应变滞回性能良好,钢管混凝土拱肋具有较好的延性及耗能能力。(2)采用IDA方法分析了钢管混凝土圆弧拱的抗震性能,研究了钢管混凝土圆弧拱在地震动作用下的两种典型动力失稳破坏模式,以及长细比、轴压比和圆心角对钢管混凝土圆弧拱抗震性能的影响。计算了钢管混凝土圆弧拱在11条典型II类场地地震动作用下的极限峰值加速度及其平均值,并基于该平均值提出了钢管混凝土圆弧拱在II类场地地震动作用下的极限峰值加速度计算公式。与有限元计算结果对比可知,通过本文所提公式得到的计算结果偏于安全。(3)采用Pushover方法研究了钢管混凝土圆弧拱的抗震性能,比较了叁种不同侧向力加载模式对结构抗震性能的影响,并推荐了适用于钢管混凝土圆弧拱Pushover分析的侧向力加载模式。计算了钢管混凝土圆弧拱在不同设计参数下的底部剪力-拱顶位移全过程曲线并得到了拱顶峰值位移随长细比、轴压比及圆心角的变化规律,提出了钢管混凝土圆弧拱在罕遇地震作用下的拱顶出平面位移限值计算公式。
熊峰, 罗辑[4]2004年在《利用OpenSees计算平台分析钢管混凝土拱桥的地震反应》文中进行了进一步梳理OpenSees(Open System for Earthquake Engineering Simulation)是由美国加州大学伯克利分校开发的地震工程仿真计算平台,具有开放源代码和软件构架的特点,可以利用网上资源由用户共同开发和使用.能更有效地促进平台的发展,反映了计算软件的最新发展趋势。本文利用OpenSees计算平台,进行了钢管混凝土模型拱桥的弹塑性时程分析,介绍了模型拱桥振动台试验概况,详细讨论了计算模型建立。分析基于梁单元纤维模型,混凝土和钢材均考虑材料的弹塑性性质,地震波选用振动台试验的输入波。分析结果与振动台试验数据吻合较好,证明钢管混凝土拱桥有良好的抗震性能。
云迪[5]2007年在《大跨中承式钢管混凝土拱桥静力及抗震性能》文中指出钢管混凝土以其抗压承载力高、可实现自架设施工等优点被广泛应用于拱桥的建造。目前国内外不仅没有关于钢管混凝土拱桥设计施工的规范、规程,即便现有的桥梁规范其适用跨径也不超过200m,无法满足钢管混凝土拱桥向大跨度发展的需要。对钢管混凝土拱桥的静、动力性能进行系统研究,为设计和施工提供可靠的理论依据具有重要意义。本文通过大型有限元分析软件ANSYS,对大跨中承式钢管混凝土拱桥的静力及抗震性能进行了深入的理论分析,主要包括以下几部分内容:(1)采用钢管混凝土统一理论组合力学性能指标,结合ANSYS程序的建模功能,详细论述了大跨钢管混凝土拱桥算例有限元建模过程中材料模型及各结构构件单元类型的选取,用经典算例及他人的试验结果、理论分析结果进行验证,建立了大跨中承式钢管混凝土拱桥空间有限元模型。(2)将自振特性分析与弹性稳定性分析方法相结合,综合考虑动力特性及弹性稳定性两方面因素,研究了荷载工况以及矢跨比、拱肋内倾角、横撑布置等主要结构参数对大跨中承式钢管混凝土拱桥性能的影响。研究表明,设计荷载作用下,随结构参数的变化,结构弹性稳定系数与自振频率呈现不尽相同的变化规律,单纯依据自振特性分析结果评价结构参数取值的合理性,其结论不全面。(3)考虑几何与材料双重非线性,分别针对全桥模型在桥面上施加设计荷载和拱圈简化模型在拱肋上以吊杆集中力方式施加桥面系荷载两种模式,深入研究了大跨中承式钢管混凝土拱桥在设计荷载作用下的失稳全过程,重点对比分析了桥面系非保向力作用在结构由加载直至破坏全过程中对结构静力稳定性能的影响。分析表明,设计荷载作用下结构一般发生极值点失稳;非保向力作用对结构面内外刚度均有较大贡献,考虑非保向力作用与否对结构弹性阶段承载力及弹塑性稳定系数均有较大影响;非线性因素对结构静力稳定性影响显着,弹性稳定系数明显高于弹塑性稳定系数,且二者的比值不宜做定值考虑。(4)对大跨中承式钢管混凝土拱桥进行了多遇地震作用下的弹性时程分析,研究了几何非线性、行波效应、地震动输入维数等因素及矢跨比、拱肋内倾角和横撑布置等结构参数对多遇地震作用下结构地震响应的影响。研究表明,对跨度超过300m的大跨钢管混凝土拱桥进行抗震验算时宜考虑几何非线性的影响;场地条件为中软场地土时,行波效应对结构地震响应的影响随场地条件、地震动频谱特性、结构动力特性、截面位置和响应的不同而不同;当行波波速超过1200m/s-1500m/s时,行波效应对结构地震响应的影响减小,结构地震响应值趋于一致激励时的响应值。(5)对大跨中承式钢管混凝土拱桥进行了强震作用下的弹塑性动力时程分析,采用拱肋位移、位移延性系数、应变能以及塑性应变能等多项特征响应指标,详细分析了结构在强震作用下的动力破坏全过程,指出了大跨中承式钢管混凝土拱桥强震作用下的破坏机理及模式。研究表明,大跨中承式钢管混凝土拱桥强震作用下的动力破坏是位形变化及塑性发展共同作用的结果,仅根据位移响应指标评价结构强震作用下的抗震性能是不全面的,有必要依据多项特征响应指标评价结构强震作用下的抗震性能。
罗雄海[6]2008年在《FRP组合桥梁结构抗震性能研究》文中提出纤维增强聚合物(Fiber Reinforced Polymer, FRP)材料具有比强度高、比模量大、耐腐蚀和抗疲劳等特点,使其在土木工程中具有广泛的应用前景。本文参照一座钢筋混凝土(RC)叁跨简支梁桥设计FRP-混凝土组合桥梁(FRP桥);基于OpenSees计算平台,研究FRP桥墩柱和整体桥梁的抗震性能,并与普通钢筋混凝土桥梁对比。主要内容包括:参照钢筋混凝土原桥,保持轴向抗压承载力不变的前提下,设计FRP约束混凝土柱(GFFT柱);利用OpenSees平台建立GFFT柱和钢筋混凝土柱有限元模型,进行Pushover分析及拟静力分析,比较两种柱的延性和滞回耗能能力,揭示其抗震性能特点。设计FRP-混凝土组合桥面,并将其与GFFT柱一起构成FRP-混凝土组合桥梁;分别选用一条远场地震记录和一条近场地震记录对RC桥和FRP-混凝土组合桥进行非线性时程分析;比较两种桥的地震响应和抗震性能,揭示FRP桥梁抗震性能的优越性。
张行[7]2010年在《地震作用下高墩刚构桥动力稳定性能研究》文中提出在我国刚构桥仅仅有二十年的发展历程,作为山高谷深、地形复杂山区的首选桥型,其在抗震救灾等各种情况下扮演着重要生命线工程的角色。由于其跨径长、墩高差异大,结构动力特性及地震反应特点相对一般桥梁更为复杂,因此特别需要对其抗震性能进行研究。高墩刚构桥的抗震研究对同类桥梁的抗震设计及评估意义重大。本文对大跨度刚构桥的动力稳定性能进行了研究,主要包括第一类动力稳定(弹性稳定)计算理论和实例分析、刚构桥的非线性模拟方法、混凝土和钢筋的材料参数的确定、全桥及高墩的第二类动力稳定(非线性稳定)研究等几个部分。具体包括以下几点。1)通过查阅大量有关刚构桥的稳定问题、抗震研究以及实际工程结构的动力稳定研究现状的国内外文献,总结了刚构桥动力稳定研究的两个主要问题是：稳定性判别准则和求解方法。针对这两个问题提出了采用基于Liapunov运动稳定性理论的稳定性判别准则来进行刚构桥的动力稳定判别和通过数值求解方法来解决复杂结构在复杂地震动作用下的动力稳定问题的研究思路。2)为了确定符合本工程的钢筋和混凝土的材料参数,并评判刚构桥在地震作用下动力失稳时的性能水准,通过研究地震作用下钢筋混凝土桥墩的五种损伤状态——构件屈服、混凝土保护层压碎、混凝土保护层剥落、纵向钢筋屈曲和结构极限状态,确定了本工程对应的钢筋和混凝土的五级应变。3)刚构桥数值模拟的关键是如何考虑恰当的结构的非线性,而这一问题一直是刚构桥静力和动力分析中研究的难点和热点问题。选取纤维模型这一模拟钢筋混凝土材料非线性最精细的方法来模拟刚构桥的非线性性能,编写了矩形空心墩的纤维截面代码,并对高墩进行了非线性静力分析。4)通过基于纤维模型的龙潭河最大高墩和全桥在地震作用下的非线性IDA计算,解决了复杂结构在地震作用下,从初始激振、非线性振动直到失稳破坏的全过程模拟和动力失稳判别问题。根据B-R准则给出了其临界地震加速度幅值,并对其动力性能和特征响应指标进行了深入的探讨。
王军[8]2011年在《钢管混凝土框架结构弹塑性时程分析》文中认为钢管混凝土由于其良好的性能在建筑结构中运用得越来越广泛,而目前对于钢管混凝土结构的研究大多数集中在构件和节点上,对于结构的整体性能的研究的相对较少。另外,对于钢管混凝土框架结构抗震性能的研究也主要集中在往复荷载下结构的滞回性能研究,能较真实反映结构抗震性能的振动台试验研究则相对较少,对于钢管混凝土框架结构的研究仍然需要大量工作去做。本文从以下几个方面对钢管混凝土框架结构进行了分析研究:(1)对设计的钢管混凝土框架结构进行了静力弹塑性分析,研究了不同加载模式对钢管混凝土框架结构的静力弹塑性分析结果的影响。(2)对其他研究者完成的模拟地震振动台试验钢管混凝土框架模型进行了数值模拟,验证了基于OpenSees平台的非线性纤维梁柱单元的方法在钢管混凝土结构动力分析中的适用性。并对阻尼比和远场地震下的不同场地类别两个参数进行研究分析,分析结果表明,随着阻尼比的增加结构的位移反应变小,弹性阶段下阻尼比对钢管混凝土框架结构的影响大于弹塑性阶段下阻尼比对钢管混凝土框架结构的影响。场地类别对结构的地震反应大致关系是随着场地剪切波速的增加结构的地震反应越小,而离散性较大说明地震反应还与其它因素有关。(3)对比研究了10层钢管混凝土框架结构的静力弹塑性分析与动力弹塑性时程分析,将钢管混凝土框架结构的逐步增量时程分析结果与静力弹塑性计算结果进行了对比研究,得出逐步增量时程分析计算所得基底剪力-顶点位移曲线大多数在倒叁角侧力模式结果之上,说明采用倒叁角侧力模进行静力弹塑性分析相对较安全。
张金[9]2018年在《地震灾害下大跨度斜拉桥全寿命系统可靠性研究》文中指出大跨度斜拉桥因其优美的造型和卓越的跨越能力,常作为交通枢纽被广泛应用于铁路、公路干线中,在国民经济社会发展中发挥着举足轻重的作用。我国处于环太平洋地震带和亚欧地震带之间,地震频发,地震灾害是我国面临的最主要的自然灾害。诸如大跨度斜拉桥此类重要性极高的生命线工程,设计寿命通常长达百年,在服役期内难免遭受地震灾害等强动力作用影响,结构在漫长的服役期内受到自然环境因素(如氯盐等侵蚀)影响,结构各个构件的刚度、强度等较服役初期会发生不同程度的退化,进而结构各构件的抗震性能也随之减弱。同时,作为高次超静定结构,斜拉桥某一构件的破坏并不意味着整体结构的失效,结构系统可靠性一直都是学者们研究的热点和难点,因此,考虑结构材料等的时变特性来研究大跨度斜拉桥在全寿命服役期内遭受地震灾害的系统可靠性问题显得重要而迫切。针对以上问题,论文的研究内容如下:(1)针对目前结构可靠度分析方法普遍存在的计算繁琐和精度不够的局限与不足,基于降维原理和随机有限元理论提出了实际工程结构可靠度分析的乘子降维法,该方法与有限元分析相结合,可以快速准确地获得结构响应的分数阶矩,进而结合最大熵原理得到结构响应的概率密度函数,巧妙地避开了随机参数联合概率密度函数难以得到的难题,同时尽可能少的调用有限元分析次数,从而大幅度减小计算时间。(2)基于OpenSees开源有限元平台,建立斜拉桥叁维有限元模型,归纳列出了桥梁建模相关的不确定性参数。然后考虑斜拉桥桥址处的实际场地情况,采用叁角级数法,人工合成相位随机的30条地震动来考虑地震动的随机性。同时,归纳总结了斜拉桥此类结构的常见失效模式以及各个构件在地震灾害下的极限状态方程,为后面可靠性分析奠定基础。(3)生成了考虑结构自身及地震动不确定性的斜拉桥非线性时程分析样本,采用OpenSees批处理程序进行大量数值计算,从而获得结构非线性地震响应及其任意阶矩,之后采用最大熵原理获取感兴趣响应的概率密度函数,进而得到各个构件的失效概率以及可靠度指标。考虑构件之间的相关性,采用条件边缘概率乘积法(PCM)获得斜拉桥在地震灾害下的体系失效概率,而不仅仅局限于构件的失效概率。(4)阐述了氯离子在混凝土构件中的扩散及腐蚀机理,给出了桥墩、塔的时变概率模型、橡胶支座的性能退化模型以及腐蚀环境下斜拉索全寿命腐蚀曲线及其参数;结合这一系列时变模型,确定了 20年、45年、70年、90年以及100年五个服役关键时间节点下的斜拉桥非线性时程分析的样本。采用OpenSees批处理程序进行大量数值计算,获取感兴趣响应的概率密度函数,进而得到各个构件的失效概率以及可靠度指标。分析了总结了斜拉桥各个构件之间相关系数的时变特性以及时变规律。采用改进的条件边缘概率乘积法(PCM方法)得到各个服役时间节点下的斜拉桥系统的失效概率,对斜拉桥全寿命内的失效概率的时变特性进行了总结。
刘文静[10]2010年在《LRB隔震桥梁的可靠性与等效线性化方法研究》文中提出地震是人类社会面临的最严重自然灾害之一,我国处于环太平洋和亚欧地震带之间,地震发生频率高、强度大、分布范围广、伤亡大、震灾严重。桥梁作为生命线工程,在抢险救灾和灾后重建中发挥关键性作用。隔震技术可以有效地减轻桥梁的地震灾害,但是由于取消了固定墩而全部采用隔震支座,其可靠性往往受到怀疑,国内缺少对这一领域的系统研究；另外,我国设计院目前采用的绝大部分桥梁设计软件都无法模拟隔震支座的非线性特性,所以急需对非线性隔震桥梁进行等效线性化以满足工程设计的需要。鉴于铅芯橡胶隔震支座(LRB)是应用最为广泛的隔震体系,本文以LRB隔震桥梁为研究对象,开展了以下几方面的研究工作：1、对LRB隔震桥梁的行车舒适度进行了评价。自编程序将行车荷载转化为动荷载,总结出移动荷载作用下桥梁响应的计算流程；通过分析LRB隔震支座的刚度对行车舒适度的影响,指出LRB隔震支座的各项参数中,只有竖向刚度与桥梁的行车舒适度有关；结合ISO规范、狄克曼指标与斯佩林指标,对不同结构形式的LRB隔震桥梁均得出行车舒适度良好的结论,同时指出其原因是LRB隔震支座的竖向刚度与非隔震桥梁使用的其它支座基本相同,其自身的固有特性决定了非常良好的行车舒适度。2、对LRB隔震桥梁在地震动作用下可能出现的碰撞响应进行了分析。在比较各种碰撞分析模型各自的特点与适用范围的基础上,选择了既能够较好反映碰撞物理事实又易于确定相关参数的Kelvin模型,解决了ANSYS平台中碰撞单元的模拟问题；通过对影响桥梁碰撞特性的各种参数进行深入分析,给出了避免LRB隔震桥梁在地震作用下发生碰撞的周期比范围建议,并确定了合理的碰撞单元刚度取值；通过分析LRB隔震支座水平刚度对隔震桥梁碰撞的影响,指出隔震支座水平刚度越小,桥梁发生碰撞的风险越大,碰撞响应也越大,不能片面追求隔震效果而一味地减小隔震支座的水平刚度,一定要进行地震作用下隔震桥梁的碰撞验算；通过对比隔震与不隔震桥梁的碰撞响应,指出发生碰撞时隔震桥梁可以对桥墩起到保护作用,为工程应用提出了指导。3、对LRB隔震桥梁进行了地震作用下的第一类和第二类动力稳定分析。根据Liapunov动力稳定性概念,解决了运用一次近似法判定多自由度复杂结构的第一类动力稳定性的问题；运用时程与特征值分析相结合的方法,自编程序,提出了第一类动力稳定分析的具体实现方法；基于纤维模型的非线性分析理论,针对LRB隔震桥梁提出了应用逐步增量动力分析法结合B-R判别准则对其进行第二类动力稳定分析；分析了不同结构形式LRB隔震桥梁的两类动力稳定问题,得出LRB隔震桥梁在地震作用下具有非常良好的动力稳定性的结论,并指出原因是隔震后墩顶位移大幅度减小,墩并没有进入塑性；为工程应用给出建议：墩较高、大震位移较大的连续梁桥,采用隔震技术后,动力稳定性能会有所减弱,需验算其动力稳定性。4、系统研究了LRB隔震桥梁的等效线性化方法。通过比较各种隔震支座等效线性化方法,提出了LRB隔震桥梁等效线性化的求解方法,给出了LRB隔震桥梁在地震作用下的反应谱分析计算步骤和LRB隔震桥梁在其他水平荷载作用下的验算标准,解决了计算LRB隔震桥梁地震响应时非线性问题与线性问题之间的矛盾,为工程技术人员进行LRB隔震桥梁的地震响应计算提供了一种简便有效的方法。
参考文献：
[1]. 基于OpenSees计算平台的钢管混凝土拱桥抗震性能分析[D]. 罗辑. 四川大学. 2004
[2]. 钢管混凝土框架-RC剪力墙混合结构抗震性能研究[D]. 魏国强. 兰州理工大学. 2013
[3]. 基于已有振动台试验的钢管混凝土圆弧拱抗震性能分析[D]. 韩兴. 哈尔滨工业大学. 2010
[4]. 利用OpenSees计算平台分析钢管混凝土拱桥的地震反应[C]. 熊峰, 罗辑. 第十叁届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅰ册）. 2004
[5]. 大跨中承式钢管混凝土拱桥静力及抗震性能[D]. 云迪. 哈尔滨工业大学. 2007
[6]. FRP组合桥梁结构抗震性能研究[D]. 罗雄海. 哈尔滨工业大学. 2008
[7]. 地震作用下高墩刚构桥动力稳定性能研究[D]. 张行. 华中科技大学. 2010
[8]. 钢管混凝土框架结构弹塑性时程分析[D]. 王军. 兰州理工大学. 2011
[9]. 地震灾害下大跨度斜拉桥全寿命系统可靠性研究[D]. 张金. 西南交通大学. 2018
[10]. LRB隔震桥梁的可靠性与等效线性化方法研究[D]. 刘文静. 华中科技大学. 2010