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《西南交通大学》 2011年
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地震作用下桥梁梁体与横向挡块动态碰撞研究

刘鹏  
【摘要】:地震作为破坏力巨大的一种自然灾害,多次给人民的生命财产安全造成了严重的危害。桥梁作为灾后救援和重建的重要通道,其抗震性能对救灾人员和物资能否以最快的速度到达起到了决定性的作用。简支梁(板)桥、连续梁(板)桥是修建最普遍的桥型,它们抗震性能应该给予重点关注。在这种类型的桥梁中,上部结构的落梁是桥梁倒塌的首要原因,应当尽量避免。因此,许多研究人员对此展开了大量的研究,但是大多数人关注的是占落梁事故大多数的纵向落梁,并提出了很多的防落梁措施和开发了多种多样的防落梁设备;与之相对,横向落梁研究就少了很多。最常见横向落梁措施是设置横向抗震挡块,它肩负着避免落梁破坏发生的重任。就是这样一个重要的构件,其设计却无章可循,基本靠设计人员的经验或者借鉴其他工程,这样一来在地震中它能发挥多大的作用就不得而知了;而且,梁体和挡块之间的碰撞会增加桥墩的受力,但具体增加程度也很难一概而论。为了弄清楚该问题,本文开展了一些有益研究。 本文从解析的角度来研究梁体与横向挡块的碰撞。从碰撞问题的模拟和求解入手,对常用接触单元法的几种具有代表性的模型进行讨论,提出了用弹簧-振子模型代表接触单元模型碰撞过程的基本思路,通过求解弹簧-振子运动方程,得到碰撞问题中碰撞力-相对压入量、碰撞力-碰撞持续时间、相对压入量-碰撞持续时间关系等所关心的物理量。该改进求解方法对存在大量能量耗散的碰撞问题尤为有效,可以得到精确解或者无限接近精确解的近似解,适合将其用于考虑梁体与挡块碰撞效应的桥梁地震响应问题求解。同时,得到的挡块受力可以为挡块的细节设计提供参考。综合考虑了恢复系数(它的大小直接代表了碰撞中能量耗散的多少)和其他各种影响碰撞过程的因素,发现Hertz模型求解的最大碰撞力和最大相对压入量与Hertzdamp模型的精确解之间存在着一定的关系。在其他参数相同的情况下,该关系只与恢复系数有关,利用一元四次多项式进行了拟合,效果非常好。 Hertzdamp模型虽然可以准确地模拟碰撞过程,但由于非线性项的存在,将其直接用于地震中考察梁体与挡块碰撞效应和考虑碰撞效应的横桥向结构响应的话,会增加很大的工作量。相比较而言,既简单又能考虑能量耗散的Kelvin-Voigt模型更受人青睐,但该模型存在着分离后出现二次撞击和接触刚度难以确定的问题。本文对该模型进行了一定的改进,并采用Hertzdamp模型计算结果求解等效Kelvin接触刚度,一举解决了以上两个问题,并保证了计算精度。在此基础上,基于该模型推导了利用中心差分法、Newmark法、Wilson-θ法和SSH法等数值计算方法求解考虑梁体与挡块碰撞效应的结构响应的方法,并对四种求解方法在梁体与挡块碰撞问题上的适用性进行了比较,当步长很小时,四种方法得到的结果几乎没有差别。 利用得到的求解方法和根据其编制的程序,研究了各种因素对梁体与挡块碰撞效应和结构响应的影响,包括场地类型、结构参数和碰撞参数等。 又确定了具有橡胶缓冲垫的梁体与挡块碰撞问题的碰撞模型、恢复力模型和矩形缓冲橡胶垫压缩刚度的计算方法,推导了计算步骤。对橡胶垫在梁体与挡块碰撞中的减震效果进行了参数分析,包括橡胶阻尼比、橡胶硬度、橡胶垫面积和橡胶垫厚度等。分析结果表明,增加橡胶阻尼比对减震效果有利。橡胶硬度则是通过两个方面来影响橡胶垫的减震效果:其一是改变了橡胶的变形能力,其二是改变了橡胶垫的刚度。增加橡胶硬度在一定程度上是有利的,但是它同时也降低了橡胶垫的变形能力,所以在缺乏试验数据的情况下,建议采用邵尔硬度为65左右的橡胶。橡胶垫面积对减震效果的影响和橡胶硬度类似,但在尺寸选择方面则比较自由、灵活。橡胶垫厚度对橡胶垫减震效果的影响比较复杂,选择不当不但不能起到减震的效果,还有可能适得其反。 最后,根据动量守恒原理和能量守恒原理推导了最大程度减轻梁体与挡块碰撞损伤所需的最小橡胶垫厚度。为使研究结果能更直接地指导工程的设计和施工,提出了横向挡块减震设计的方法和步骤,用于解决初始间隙和橡胶垫厚度的选择问题,并用MATLAB进行了编程实现。该程序自动化程度较高,设计人员根据自己的目标即可进行合适初始间隙和橡胶垫厚度组合的选择,同时还能清楚地看到选用该组合时的碰撞效应和结构响应与选用其他组合时差别的大小。
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:U441.3

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘书,刘晶波,方鄂华;动接触问题及其数值模拟的研究进展[J];工程力学;1999年06期
2 余建星,王新岐;挡块对斜拉桥抗震性能的影响[J];地震工程与工程振动;2002年04期
3 翟长海,谢礼立;估计和比较地震动潜在破坏势的综合评述[J];地震工程与工程振动;2002年05期
4 谢礼立,翟长海;最不利设计地震动研究[J];地震学报;2003年03期
5 刘晶波,王铎,姚玲;动、静摩擦对可接触型裂纹动态影响的一种算法[J];力学学报;1994年04期
6 翟长海;谢礼立;;抗震结构最不利设计地震动研究[J];土木工程学报;2005年12期
7 雷俊卿;公路桥梁抗震防灾安全性评估分析[J];西南交通大学学报(自然科学版);1999年05期
8 朱艳峰;刘锋;黄小清;李丽娟;;橡胶材料的本构模型[J];橡胶工业;2006年02期
9 聂利英;范立础;;地震作用下城市立交抗震挡防撞措施分析[J];中国公路学报;2006年03期
10 肖俊恒;减振橡胶设计方法的研究[J];中国铁道科学;2001年06期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 朱文正;公路桥梁减、抗震防落梁系统研究[D];长安大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 张应宏;山区连续梁桥横桥向抗震性能分析[D];同济大学;2006年
2 安宁;铅芯橡胶支座隔震桥梁横向地震反应分析[D];西安建筑科技大学;2006年
3 李程华;连续T梁桥抗震性能研究[D];同济大学;2008年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黄雨,唐益群,叶为民,陈竹昌;桩土体系的有效应力地震反应计算方法研究[J];地下空间;2000年03期
2 郑明军,谢基龙;压缩状态下橡胶件大变形有限元分析[J];北方交通大学学报;2001年01期
3 李涛,阎贵平,李腾云,薛彩丽;上承式大跨度钢管混凝土拱桥的地震响应分析[J];北京交通大学学报;2005年01期
4 崔玉福,郑慕侨;负重轮轮胎滚动阻力数学模型及分析[J];兵工学报;1998年04期
5 蒋轩,孙逢春,郑慕侨;负重轮非线性有限元力学分析及建模研究[J];兵工学报;2000年03期
6 王丽,闫维明,阎贵平;铅芯橡胶支座参数对隔震桥梁动力响应的影响[J];北京工业大学学报;2004年03期
7 蒋轩,郑慕侨;负重轮橡胶轮缘有限元分析及力学特性拟合[J];北京理工大学学报;2000年03期
8 孙逢春,蒋轩,郑慕侨;履带车辆行驶装置橡胶力学性能试验研究[J];北京理工大学学报;1996年04期
9 赵灿晖,高艳梅;大跨度拱桥地震反应分析研究现状及进展[J];重庆交通学院学报;2002年01期
10 刘东;大跨度钢管砼拱桥自振特性分析[J];重庆交通学院学报;2002年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 林军;黄茂林;;闸板防喷器胶芯的变形研究[A];第十一届全国机构学年会暨首届青年机构学研讨会论文集[C];1998年
2 王克海;李茜;;桥梁抗震的研究进展 第16届全国结构工程学术会议特邀报告[A];第16届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅰ册)[C];2007年
3 龙晓鸿;李黎;;不同地震波输入对连续梁桥隔震性能的影响[A];第16届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅲ册)[C];2007年
4 张永山;颜学渊;王焕定;辛亚军;;使用低屈服极限钢铅组合耗能器的基准结构地震反应分析研究[A];第16届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅲ册)[C];2007年
5 宰金珉;庄海洋;陈国兴;;对土-结构动力相互作用研究若干问题的思考[A];防震减灾工程研究与进展——全国首届防震减灾工程学术研讨会论文集[C];2004年
6 钟栋青;王曙光;徐秀丽;肖蔚;;滑移支座在连续梁桥中的模拟分析[A];第三届全国防震减灾工程学术研讨会论文集[C];2007年
7 钟栋青;王曙光;徐秀丽;肖蔚;;滑移支座在连续梁桥中的模拟分析[A];第三届全国防震减灾工程学术研讨会论文集[C];2007年
8 钟轶峰;邓朝荣;许宏兵;;大跨度复式提篮拱桥抗震性能研究[A];第十八届全国桥梁学术会议论文集(下册)[C];2008年
9 丁明波;陈兴冲;;客运专线桥梁的抗震性能试验研究[A];第十八届全国桥梁学术会议论文集(下册)[C];2008年
10 赵国辉;姜秀娟;张煜敏;刘健新;;轻质混凝土大跨连续刚构抗震性能分析[A];第十八届全国桥梁学术会议论文集(下册)[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 阴存欣;铁路桥梁纵向附加力的静动力非红性分析与仿真研究[D];铁道部科学研究院;2000年
2 田荣;连续与非连续变形分析的有限覆盖无单元方法及其应用研究[D];大连理工大学;2000年
3 周晓峰;巨型钢框架结构的静力、抗震和抗风分析[D];浙江大学;2001年
4 贺素香;非线性优化中的一类对偶算法的理论研究[D];大连理工大学;2002年
5 熊峰;钢管混凝土拱桥抗震性能研究[D];四川大学;2002年
6 陈强;先简支后连续结构体系研究[D];浙江大学;2002年
7 赵长军;大跨索桁桥初步设计研究[D];浙江大学;2002年
8 颜娟;金马大桥工程的结构分析与研究[D];大连理工大学;2002年
9 王新岐;斜拉桥破损诊断技术的研究[D];天津大学;2003年
10 陈爱国;钢框架腹板双角钢梁柱抗剪连接在循环荷载作用下的破坏机理及抗震设计对策[D];西安建筑科技大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 白丽;镁合金方盒件塑性成形规律研究[D];吉林大学;2005年
2 李加武;采用减震装置连续梁的振动台试验研究[D];长安大学;2000年
3 尹维祥;叠层橡胶支座稳定性及其受低温环境的影响[D];甘肃工业大学;2001年
4 陈昀明;钢筋混凝土加劲桁架悬索桥空间受力性能分析[D];福州大学;2001年
5 梁鹏;现代桥梁CAD研究与开发[D];长安大学;2001年
6 韩友续;预应力混凝土连续刚构桥0#块应力分析与测试研究[D];长安大学;2001年
7 王连华;斜拉索的非线性动力学分析[D];湖南大学;2001年
8 尹华伟;钢筋混凝土框架—剪力墙结构非线性抗震计算方法的研究及其应用[D];湖南大学;2001年
9 曹建华;结构抗震分析方法的荷载转换及研究[D];大连理工大学;2001年
10 陈星烨;大跨度斜拉桥的地震动时程响应分析[D];湖南大学;2001年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘保东,朱晞;一种适用于较宽环境温度的粘弹性阻尼器[J];北方交通大学学报;2001年01期
2 齐怀恩,王光远;公路桥梁抗震设防标准的研究[J];东北公路;1999年04期
3 高小旺,鲍霭斌;地震作用的概率模型及其统计参数[J];地震工程与工程振动;1985年01期
4 周晶,倪汉根;裂缝结构在地面运动作用下的反应分析[J];地震工程与工程振动;1986年02期
5 刘晶波,廖振鹏;地震波散射问题的数值解[J];地震工程与工程振动;1987年02期
6 李庆斌,周鸿钧,林皋;异弹模界面裂缝的动断裂分析[J];地震工程与工程振动;1990年04期
7 李小军,廖振鹏,杜修力;有阻尼体系动力问题的一种显式差分解法[J];地震工程与工程振动;1992年04期
8 欧进萍,丁建华;油缸间隙式粘滞阻尼器理论与性能试验[J];地震工程与工程振动;1999年04期
9 周云,徐赵东,邓雪松;铅粘弹性阻尼器的计算模型[J];地震工程与工程振动;2000年01期
10 赵凤新,刘爱文;地震动功率谱与反应谱的转换关系[J];地震工程与工程振动;2001年02期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 邱新林;卜一之;赵雷;;重庆马桑溪大桥非线性地震反应分析[A];中国公路学会桥梁和结构工程学会2001年桥梁学术讨论会论文集[C];2001年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 徐赵东;(铅)粘弹性阻尼结构的试验与研究[D];西安建筑科技大学;2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 王统宁;公路桥梁减震伸缩装置研究[D];长安大学;2003年
【相似文献】
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1 孔庆东;封闭母线两相接地短路事故及其改进措施[J];吉林电力;1983年06期
2 顾培仁;;704胶取代橡胶垫及石棉垫防漏[J];机械制造;1984年04期
3 郭荣生;螺旋弹簧—橡胶垫串联系统的减振性能[J];铁道车辆;1990年10期
4 席德陵,龚积球,张定贤,陈惠良;高圆簧(加橡胶垫)稳定性计算的研究[J];铁道学报;1992年04期
5 罗湘萍,张定贤,席德陵;高圆簧(加橡胶垫)水平向刚度计算方法的研究[J];铁道学报;1997年02期
6 张旭红,张善元,吴敏;底框结构基础橡胶垫隔震设计及其时程分析[J];太原理工大学学报;1999年04期
7 齐俊涛;自制护盖橡胶垫[J];摩托车;2001年05期
8 陈晓桐;卜国雄;;橡胶垫基础隔震结构的减震性能分析[J];低温建筑技术;2010年10期
9 刘景岩;;转K6型转向架轴箱橡胶垫铜绞线及组装螺栓丢失问题解决办法[J];铁道车辆;2011年08期
10 ;无基础压缩机弹性底座的设计[J];压缩机技术;1977年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 唐跃;高鉴明;肖国峰;;橡胶垫冲边机结构分析与虚拟设计[A];第二届全国橡胶制品技术研讨会论文集[C];2003年
2 何小林;李萼雄;;汶川大地震后桥梁防震挡块的思考[A];汶川大地震工程震害调查分析与研究[C];2009年
3 于连友;;C76B、C76C型敞车导框磨耗原因分析[A];齐齐哈尔市首届学术年会论文汇编[C];2004年
4 张富有;刘汉龙;高玉峰;;串连组合基础隔震体系的简化计算方法[A];第八次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2004年
5 张立新;袁付春;孙阳;;卡罗塞尔双芯轴卷取机转盘定位挡块的改进[A];第七届(2009)中国钢铁年会论文集(下)[C];2009年
6 张立新;袁付春;孙阳;;卡罗塞尔双芯轴卷取机转盘定位挡块的改进[A];2009年河北省轧钢技术与学术年会论文集(下)[C];2009年
7 张应宏;李建中;;西部山区连续梁桥横桥向抗震性能研究[A];第十七届全国桥梁学术会议论文集(下册)[C];2006年
8 龚志文;周发存;蒙祖布;陈福全;;橡胶垫隔震砌体房屋的简化计算[A];第十届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ卷[C];2001年
9 李国强;杨峻松;刘胜华;莫万周;;深入技术改进 提高封接质量[A];电子玻璃技术学术论文集[C];2004年
10 宋洪;;四极质谱计在BEPCII储存环中的应用[A];中国真空学会2008年学术年会论文摘要集[C];2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 刘肖勇 通讯员 吴晶平;建筑“坐” 在橡胶垫上[N];广东科技报;2008年
2 记者 梁晓莹通讯员 洪港;江城铁路道口悄然升级[N];湖北日报;2007年
3 建材包装委员会供稿;特型玻璃新包装:万能玻璃集装架[N];中国包装报;2004年
4 邓新灵朱玉尊;广州大学建成全国单体面积最大的隔震楼[N];广东建设报;2008年
5 本报驻堪培拉记者 陈小方;自然“眷顾” 功在“人为”[N];光明日报;2010年
6 胡作华;防震效果哪个好[N];中国现代企业报;2008年
7 甄书秀;房子如何防震备受关注[N];中国质量报;2008年
8 本报记者 麦子;SMB成全联想中国?[N];计算机世界;2005年
9 本版编辑 陆建衡 王尚 陈永祁 罗琦 荆闻 何闻;人类防震技术,要镇住背驮大地的“鳌鱼”[N];广东建设报;2007年
10 ;如何用好机动车上的各种垫[N];山西科技报;2003年
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 刘鹏;地震作用下桥梁梁体与横向挡块动态碰撞研究[D];西南交通大学;2011年
2 范力;装配式预制混凝土框架结构抗震性能研究[D];同济大学;2007年
3 徐明贵;平扭耦联LRB隔震体系静动力特性的研究和应用[D];天津大学;2011年
4 杨广军;车辆—无碴轨道—桥梁系统竖向耦合振动特性的研究[D];上海交通大学;2007年
5 刘嘉敏;光波导三轴力传感方法的理论分析与实验研究[D];重庆大学;2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孙政;橡胶垫浮置板轨道结构减振性能分析[D];山东大学;2012年
2 田其丰;框架结构橡胶垫基础隔震系统研究[D];西北工业大学;2004年
3 王彬;多层框架基础隔震体系土—结动力相互作用分析[D];中国地震局工程力学研究所;2004年
4 杨磊;橡胶支撑隔震钢管砼框架体系的整体性能研究[D];西北工业大学;2007年
5 郝娜;橡胶垫基础隔震结构基于性能的抗震评估方法[D];西安建筑科技大学;2007年
6 邵妍;桥梁横向限位装置抗震性能评价[D];长安大学;2010年
7 王亮;电源适配器抗钢球撞击的结构设计与研究[D];上海交通大学;2009年
8 石岩;地震作用下简支梁桥横向碰撞反应分析[D];石家庄铁道大学;2011年
9 王春明;缸体水路、油路泄漏检测系统研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
10 王冬梅;多次预应力张弦拱桁架结构静动力分析及试验研究[D];北京工业大学;2006年
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