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考虑土—结构相互作用的斜拉桥地震反应分析

作　者: 鲍宸民
导　师: 丁海平
学　校: 苏州科技学院
专　业: 结构工程
关键词: 松原桥桥梁地震反应桩-土-桥相互作用 ANSYS/LS-DYNA
分类号: U442.55
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 136次
引　用: 2次
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内容摘要

本文利用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA及其并行计算方法,对斜拉桥进行了考虑桩-土-桥动力相互作用的地震反应分析。(1)对桩-土-桥动力相互作用的发展历史,计算方法进行了简要的概括总结,提出了本文研究的重点;对ANSYS/LS-DYNA软件进行了介绍,并对如何用于三维建模及进行考虑土-结构相互作用的地震反应分析作了详细的介绍。(2)应用ANSYS/LS-DYNA软件合理建立了斜拉桥有限元动力计算模型,并基于刚性地基假定,采用时程反应分析的加速度一致激励法,分别计算了地震波在纵向、横向、竖向三向正交分量独立作用和联合作用下斜拉桥的地震反应,发现横向、纵向地震分量使斜拉桥产生较大的位移和内力,并伴随着结构的空间运动耦合。(3)建立了考虑桩-土-桥动力相互作用效应的三维整体计算模型,对其进行动力反应时程分析,并与刚性地基假定模型计算结果进行了比较,发现考虑桩-土相互作用后斜拉桥地震反应显著增大,对于深桩基础斜拉桥,若按刚性地基假定考虑会降低结构的抗震设防要求。(4)考虑上部桥梁结构材料非线性,计算纵向地震波作用下的地震反应;与线性分析情况作了比较,得出如下结论:非线性情形主梁跨中位移、速度、加速度显著增大,而弯矩反而减小。(5)采用地震波等效输入,计算地震波纵向输入下各关键点的地震反应;并与土-桥梁三维整体模型分析结果作了比较,得出如下结论:主桥塔顶X向相对位移减小24.22%,绝对加速度峰值减小6.67%,主梁跨中X向相对位移减小8.23%,绝对加速度峰值减小12.72%,结果相差不大,可见地震波等效输入也是可以实施的。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-20
  1.1 课题背景  10-11
  1.2 桥梁地震研究的目的及意义  11-13
  1.3 大跨度桥梁地震反应分析研究进展  13-14
  1.4 土-结动力相互作用的研究与应用  14-18
    1.4.1 土-结动力相互作用的概念  14-15
    1.4.2 土-结构动力相互作用分析的目的  15
    1.4.3 土-结构相互作用的发展和现有共识  15-17
    1.4.4 边界条件  17-18
  1.5 桩-土-桥动力相互作用地震反应国内外研究现状  18-19
  1.6 本文组织  19-20
第二章 ANSYS/LS-DYNA 程序及应用介绍  20-35
  2.1 引言  20
  2.2 ANSYS/LS-DYNA 软件介绍  20-30
    2.2.1 前言  20
    2.2.2 ANSYS/LS-DYNA 单元特性、材料特性及连接介绍  20-21
    2.2.3 ANSYS/LS-DYNA 计算方法介绍  21-26
    2.2.4 ANSYS/LS-DYNA 涉及的两个问题  26-30
  2.3 ANSYS/LS-DYNA 并行运算系统介绍  30-33
    2.3.1 并行计算概述  30
    2.3.2 并行计算硬/软件配置  30-31
    2.3.3 并行效率测试  31-33
  2.4 利用ANSYS/LS-DYNA 进行三维仿真计算的基本步骤  33-35
第三章利用ANSYS/LS-DYNA 进行松原桥线性地震反应分析  35-47
  3.1 引言  35
  3.2 松原桥主桥的工程概况  35-36
  3.3 松原桥的有限元模型  36-37
    3.3.1 有限元建模中的桥梁构件的模拟  36
    3.3.2 有限元建模中的边界条件的处理  36-37
  3.4 时程分析  37-46
    3.4.1 时程分析方法的概念和种类  37-38
    3.4.2 地震波的选取  38-39
    3.4.3 数值结果分析  39-46
  3.5 本章小结  46-47
第四章桩-土-桥动力相互作用三维模型的建立与地震反应分析  47-62
  4.1 引言  47-48
  4.2 桩-土-桥动力相互作用有限元分析模型  48-51
    4.2.1 Penzien 模型  48
    4.2.2 本文模型  48-50
    4.2.3 松原桥主桥基础概况  50
    4.2.4 有限元中的单元构件以及边界条件的模拟  50
    4.2.5 有限元单元计算网格划分  50-51
  4.3 桩-土-桥三维模型整体地震反应分析  51-57
  4.4 地震波等效输入情况下桥梁地震反应分析  57-61
  4.5 本章小结  61-62
第五章松原桥的非线性地震反应分析  62-70
  5.1 引言  62
  5.2 斜拉桥非线性因素的主要来源  62-63
  5.3 斜拉桥非线性的模拟  63-69
    5.3.1 ANSYS/LS-DYNA 中非线性模拟  63-64
    5.3.2 非线性结果分析  64-69
  5.4 本章小结  69-70
第六章结语  70-72
  6.1 已做工作总结  70
  6.2 今后工作展望  70-72
参考文献  72-75
致谢  75-76
作者简介  76
攻读硕士期间主要参与的课题  76
攻读硕士期间发表的论文  76

考虑土—结构相互作用的斜拉桥地震反应分析

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