桥梁结构地震碰撞分析模型的碰撞刚度计算方法研究

针对桥梁结构地震碰撞模拟问题,文中分别推导了基于波动理论的直杆共轴碰撞模型和基于接触单元法的刚体碰撞模型中相应的最大碰撞变形的计算式,并基于二者相等的关系给出了Kelvin模型和Hertz-damp模型中相应碰撞刚度的计算方法,并对所建议方法的合理性和精确度进行了验证分析。研究结果表明,文中建立方法计算的Kelvin模型的碰撞刚度数值明显小于较短主梁的轴向刚度,这一点与以前学者基于实测数据分析得到的结论相一致。数值分析结果表明,相比以前的碰撞刚度计算方法,采用本文建议的方法确定Hertz-damp模型的碰撞刚度时,可以显著提升其碰撞模拟精确度。

地震中桥梁碰撞刚度取值的修正

在桥梁碰撞研究中,一般采用接触单元来分析碰撞机理,其中碰撞刚度合理取值方法一直没有统一的结论。目前所采用的碰撞刚度建议取0.5倍较短主梁的轴向刚度。该取值存在一定的局限性与主观性。本文根据桥梁碰撞变形机理,认为碰撞刚度在碰撞过程中是不断变化的,通过柔度法和应力应变公式反推碰撞刚度,用应力应变等参数描述碰撞刚度的变化。分析参数表明:碰撞刚度和邻梁比对碰撞力、碰撞持续时间影响最大。

基于箱梁模型试验的Kelvin碰撞刚度

选取非同种材料的典型钢箱梁截面和混凝土箱梁截面为原型箱梁截面,基于等效刚度的原则,根据结构模型试验的相似理论,将扁平钢箱梁原型简化为矩形钢箱梁,将单箱双室混凝土箱梁原型简化为实体矩形混凝土梁;设计并制作了4根与原型梁同材料的1/30混凝土梁及钢箱梁模型的缩尺模型,在缩尺模型上布设压力测点和位移测点,设计悬吊式的试验装置,研究混凝土与混凝土、钢材与钢材、混凝土与钢材3种不同材料梁模型的碰撞问题,分析不同模型下的碰撞刚度比,以及碰撞刚度随碰撞速度的变化关系;开展了Kelvin碰撞刚度影响因素的研究,提出了求解Kelvin碰撞刚度的经验模型,得出了试验原型简支混凝土梁桥的Kelvin碰撞刚度的取值范围。研究结果表明:基于试验实测力和位移的关系求解的Kelvin碰撞模型碰撞刚度明显小于较短梁的轴向刚度值,其与较短梁的刚度比最大值仅为0.012680;Kelvin碰撞刚度值与碰撞刚度系数、较短梁轴向刚度、碰撞速度、邻梁长度比及长梁长度相关;Kelvin碰撞模型下同种材料碰撞刚度系数的上、下限值均大于非同种材料的,而混凝土或钢材同种材料的碰撞刚度系数相差较小;32 m简支梁桥Kelvin碰撞刚度k_k的取值在4×10^5~6×10^5 kN/m之间。

一种侧面碰撞用蜂窝铝壁障性能开发与验证

以SUV车型为研究对象,开展了中国特征侧面壁障开发。通过对典型SUV车型特征进行参数提取,定义蜂窝铝壁障及台车的开发目标,运用特雷斯卡(Tresca)理论模型指导壁障材料选型与台车部件规格确定。通过壁障台车动态测力墙试验对蜂窝铝壁障的性能进行了改进与验证。结果表明:改进后壁障变形模式稳定,力学性能满足设计规范,能够表征SUV车型的外观和刚度特征。

地震作用下城市高架连续梁桥碰撞单元刚度参数分析

本文基于Kelvin碰撞单元建立3联城市高架连续梁桥地震碰撞分析模型,采用非线性时程方法对碰撞单元刚度的取值进行了参数分析。分析结果表明:当碰撞单元刚度较小时,相邻梁体间的碰撞力受碰撞单元刚度影响较大,单元刚度取值对于相邻联梁体最大相对位移影响不大;而当碰撞单元刚度大于1联梁体的2倍轴向刚度时,碰撞力和位移的计算结果随碰撞单元刚度的增加变化不超过10%。

地震时桥梁碰撞分析的等效Kelvin撞击模型

建立地震时桥梁碰撞分析的Kelvin撞击模型的参数确定方法。基于Hertz接触理论,考虑波动效应,按照最大撞击力与最大撞击变形的比值,确定Kelvin撞击模型的碰撞刚度;数值分析了影响Kelvin撞击模型阻尼系数取值的邻梁碰撞恢复系数。结果表明:Kelvin撞击模型的碰撞刚度随Hertz接触刚度、撞击速度以及短梁与长梁的长度比的增大而增大;波动效应对碰撞刚度的影响明显,不能忽略;邻梁碰撞恢复系数随撞击速度增大而减小,随短梁与长梁的长度比减小而减小;确定Kelvin撞击模型的碰撞刚度和邻梁碰撞恢复系数对城市桥梁的合理取值范围应分别为3×105kN/m―6×105kN/m和0.7―0.95。

大跨多塔悬索桥纵向地震碰撞反应参数研究

针对大跨桥梁在地震作用下伸缩缝处的碰撞现象,以一座大跨三塔悬索桥为工程背景,建立了考虑墩柱弹塑性的空间非线性碰撞模型,采用非线性时程法详细分析了碰撞刚度、碰撞初始间隙等因素对碰撞效应的影响。分析结果表明:碰撞刚度在可能范围内取值,碰撞效应的变化不明显,碰撞刚度不是敏感参数;碰撞初始间隙是一个敏感参数,其大小对于碰撞效应有一定的影响,初始间隙比的变化对主引桥相对位移和引桥梁端位移影响比较明显。

基础隔震结构在侧向碰撞下的地震反应分析

本文针对基础隔震结构和临近构造物发生的碰撞问题进行了计算机三维模拟分析。定义了碰撞影响指标Q,建立了隔震结构的碰撞分析模型,通过弹塑性时程分析,分别从碰撞刚度、上部结构刚度、隔震支座、临近构造物与基础隔震结构的距离、地震动强度等5个方面研究了碰撞对基础隔震结构的影响作用。

考虑碰撞效应的混凝土连续梁桥纵向挡块参数分析研究

以中小跨度典型梁式桥为工程背景,利用有限元软件建立桥梁结构的多尺度模型,基于接触单元理论,提出能考虑碰撞过程中能量消耗的碰撞模型,考虑地震作用下桥梁结构梁体与纵桥向限位挡块间的碰撞效应,对比分析是否设置挡块,以及墩高、碰撞刚度、碰撞阻尼等对桥梁结构地震响应的影响。结果表明:设置纵向挡块之后,过渡墩的墩底剪力和墩顶位移有所增加,但墩梁相对位移大幅度降低,可很好地防止纵向落梁震害的发生;碰撞刚度的增大,会增大墩底剪力和墩顶位移,减小主梁位移和墩顶相对位移,对于与本文分析类似规模的桥梁,建议纵向挡块的碰撞刚度取10~8N/m较合适;纵向挡块的碰撞阻尼对桥梁的地震响应影响相对较小,在设计时可不予特别考虑。

碰撞参数对隔震桥梁地震响应的影响

以四川省汶川县境内的一座隔震桥梁为例,采用ANSYS建立全桥有限元模型,研究地震作用下梁体碰撞参数对隔震桥梁地震响应的影响。选取5条代表性地震波,利用接触单元Combin40模拟梁体间的碰撞。地震动分析方法采用非线性动力时程法,主要碰撞参数包括碰撞刚度、伸缩缝间隙和恢复系数。结果表明:碰撞刚度、伸缩缝间隙和恢复系数均会对隔震桥梁地震响应产生较大影响;碰撞刚度越大,墩顶位移、碰撞力和隔震支座水平剪力越大;随着伸缩缝间隙的增加,墩顶位移和隔震支座水平剪力、碰撞力的变化规律相反,采用合理的伸缩缝间隙有利于减小墩顶位移和隔震支座水平剪力;墩顶位移和隔震支座水平剪力随恢复系数的增大而增大,碰撞力随恢复系数的增大而减小。

地震作用下桥梁结构碰撞单元参数确定研究

地震作用下相邻桥梁结构间存在碰撞效应,该效应属于动力学问题,并受多种因素的影响。文中针对碰撞单元刚度参数取值这一因素进行分析。介绍了碰撞作用的基本理论,分析碰撞作用对桥梁结构的具体影响,利用miads软件建立连续梁桥计算模型并施加地震波,针对碰撞单元刚度的取值分8个工况进行分析,以论证其对碰撞效应的影响,以便确定最合理的刚度值。

纵向限位连续梁桥分散减震效果参数分析

连续梁桥的地震作用大多由固定支座墩承担,为均衡地震作用在各墩间的分配、降低固定墩的地震反应,可在活动墩上设置限位挡块作为分散减震措施,使活动墩共同承担地震作用。利用有约束的刚体碰撞模型分析了梁部结构与限位装置碰撞时阻尼比参数的取值方法。考虑活动支座的摩擦非线性、限位装置的接触及材料非线性和钢筋混凝土桥墩的材料非线性,建立了设置限位装置的连续梁桥考虑接触碰撞的全桥动力分析模型,并分为限位装置弹性和弹塑性两个模型。采用非线性时程分析方法,对限位装置的初始间隙和刚度对连续梁桥分散减震效果的影响进行了参数分析,结果表明,可通过有限元分析合理调整限位装置设计参数,使限位装置对连续梁桥的分散减震效果最佳。

新型抗震挡的减震作用

针对当前抗震挡多为刚性,在地震作用下,易与上部结构发生碰撞而产生脆性破坏这一情况,提出一种具有耗能减震作用的柔性抗震挡,并建立了碰撞模型,探讨了碰撞力与碰撞刚度和阻尼比之间的关系.同时,选取一座双层三跨连续梁桥进行有限元计算研究.结果表明:随着碰撞刚度的不断增大,碰撞力也随之增大,墩梁相对位移相应减小,但通过设置合理的碰撞刚度、初始间隙等参数,新型抗震挡就可以取得良好的减隔震效果.

强震作用下核电站安全停堆时间的控制参数

提出了核电站在强地震作用下安全停堆时间的计算方法，并根据实验结果确定了计算中所需的静态平均阻力及碰撞刚度系数．

Equivalent Kelvin Impact Model for Seismic Pounding Analysis of Bridges

Based on Hertz contact theory, a method to determine the parameters of Kelvin impact model for seismic pounding analysis of bridges is proposed. The impact stiffness of Kelvin model is determined by the ratio of maximum impact force to maximum contact deformation, which is calculated based on Hertz contact theory with considering the vibration effect. The restitution coefficient which has great influence on the damping coefficient of Kelvin impact model is investigated by numerical analysis. Numerical results indicate that the impact stiffness of Kelvin impact model increases with the increment of the Hertz contact stiffness, approaching velocity or the length ratio of short to long girders. Vibration effect has remarkable influence on the impact stiffness and cannot be neglected. The restitution coefficient decreases when approaching velocity increases or the length ratio of short girder to long girder decreasing. The practical ranges of impact stiffness and restitution coefficient are obtained as 3 × 10^8--6 × 10^8 N/m and 0.6-3.95 respectively.

考虑碰撞效应的连续梁桥横向混凝土挡块设计

为给横向混凝土挡块的设计提供明确的依据和参考,以Kelvin模型和Hertz模型为基础,考虑梁体和挡块质量以及二者在碰撞前相对速度的影响,根据动能定理和动量守恒,提出碰撞刚度的计算方法;在此基础上考虑地震作用下主梁与横向挡块间的碰撞效应,分析挡块的初始间隙、高度、厚度等设计参数对墩身、盖梁及挡块自身受力的影响规律。以在满足挡块对墩梁相对位移限制作用的同时,尽可能控制墩身剪力为挡块的设计原则,给出了挡块主要设计参数的建议取值。研究结果表明:设置横向挡块能有效防止落梁震害的发生;随着挡块间隙的逐渐变大,墩身的剪力总体呈减小趋势,碰撞效应减弱;过渡墩的支座滑移距离随挡块初始间隙的增大而增大;挡块厚度和高度对墩底剪力的影响均较小,但对盖梁应力的影响较大,盖梁应力随着挡块厚度的增加而减小,随着挡块高度的增加而增加,当挡块高度达到一定数值时,盖梁的最大拉应力可能超过其最大抵抗应力而破坏;挡块与主梁的初始间隙以0.06m左右为宜,挡块高度可在0.55~0.65m取值,挡块厚度在0.48~0.58m内取值,根据以上参数设置的混凝土挡块,碰撞时最大拉应力可能超过混凝土的抗拉强度而开裂,但受压区混凝土不发生破坏,钢筋的应力亦不超过钢筋的屈服强度,满足挡块承载力的设计要求。