橋梁結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌研究.pdf

1、近年來國內(nèi)外多起建筑結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)在極端事件作用下發(fā)生與初始損傷規(guī)模不成比例的連續(xù)倒塌事件，結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌研究成為廣大研究人員關(guān)注的焦點問題。多數(shù)抗連續(xù)倒塌的研究均針對于建筑結(jié)構(gòu)，關(guān)于橋梁抗連續(xù)倒塌的專門研究則較少。本文從典型連續(xù)倒塌事件入手，分析橋梁結(jié)構(gòu)的連續(xù)倒塌特性，并結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌的研究成果，提出了橋梁結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌設(shè)計方法，并對株洲市紅旗路高架橋的連續(xù)倒塌進(jìn)行了詳細(xì)的模擬分析。本文的主要研究工作和結(jié)論包括:
　

2、　 1.在綜述建筑和橋梁抗連續(xù)倒塌的研究現(xiàn)狀及相關(guān)規(guī)范的基礎(chǔ)上，分析了橋梁連續(xù)倒塌的特性及現(xiàn)行橋梁設(shè)計方法的缺陷。橋梁在運營過程中可能遭受的極端荷載具有很強的不確定性，且不同橋型的連續(xù)倒塌方式有所不同。目前橋梁設(shè)計采用基于可靠度理論的極限狀態(tài)法，是基于構(gòu)件層面的設(shè)計方法，未全面考慮結(jié)構(gòu)體系，也不考慮橋梁運營過程中可能遭受的極端事件，可靠度理論不適用于橋梁的抗連續(xù)倒塌的設(shè)計。
　　 2.嘗試提出橋梁的抗連續(xù)倒塌設(shè)計體系及針對不同

3、橋型的抗連續(xù)倒塌設(shè)計方法。針對橋梁抗連續(xù)倒塌設(shè)計三級目標(biāo)，提出了相應(yīng)的設(shè)計方法:采用概念設(shè)計法保證橋梁的整體合理布置;采用關(guān)鍵構(gòu)件設(shè)計法或關(guān)鍵構(gòu)件保護措施來防止橋梁結(jié)構(gòu)的初始破壞;假設(shè)橋梁發(fā)生初始損傷，采用替代路徑法或分區(qū)隔離法防止剩余結(jié)構(gòu)發(fā)生不可接受的連續(xù)倒塌。結(jié)合提出的橋梁抗連續(xù)倒塌設(shè)計方法，對梁式橋、斜拉橋、懸索橋和拱式橋的抗連續(xù)倒塌設(shè)計進(jìn)行了具體分析。
　　 3.闡述了連續(xù)倒塌數(shù)值模擬的LS-DYNA動力有限元實現(xiàn)過程，

4、包括非線性有限元控制方程、顯式中心差分法、接觸與碰撞處理、時間步長控制及算法穩(wěn)定性等方面。常用的混凝土動力本構(gòu)關(guān)系模型包括混凝土損傷模型、HJC模型、動力硬化帽模型等，通過分析比較，本文模擬橋梁連續(xù)倒塌時采用混凝土損傷模型。連續(xù)倒塌數(shù)值模擬時還應(yīng)考慮網(wǎng)格尺寸效應(yīng)及材料的應(yīng)變率效應(yīng)。
　　 4.詳細(xì)介紹了株洲市紅旗路高架橋的基本情況及連續(xù)倒塌過程，建立非線性動力有限元模型對該橋的連續(xù)倒塌作了數(shù)值模擬分析。結(jié)果表明，上部空心板發(fā)生初

5、始破壞下落后與橋墩的碰撞力很大，橋墩破壞后相鄰橋跨的空心板下落與前方橋墩發(fā)生碰撞導(dǎo)致其發(fā)生破壞，進(jìn)而導(dǎo)致“多米諾骨牌式”的連續(xù)倒塌。另外還對某一塊空心板發(fā)生初始破壞下落后橋墩的損傷情況進(jìn)行了模擬計算。計算結(jié)果表明，某一塊板發(fā)生破壞下落后對橋墩的撞擊力雖較大，能導(dǎo)致橋墩發(fā)生局部損傷、偏位及扭轉(zhuǎn)，但不會導(dǎo)致橋墩完全倒塌，也就不會導(dǎo)致整座橋梁的連續(xù)倒塌。結(jié)合以上計算結(jié)果，提出采用關(guān)鍵構(gòu)件設(shè)計法和分區(qū)隔離法可進(jìn)行多跨簡支空心板橋的抗連續(xù)倒塌設(shè)計