隨著爆破技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域的不斷推廣和應(yīng)用,爆破震動(dòng)對(duì)周圍橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響日益受到重視。上承式拱橋具有跨越能力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)效益好,適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),是一種在我國(guó)橋梁工程中應(yīng)用廣泛的橋型,研究其在爆破地震作用下的響應(yīng)特征和安全評(píng)價(jià)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。以結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、隨機(jī)過(guò)程、數(shù)值模擬等理論為基礎(chǔ),采用有限元分析為主的研究手段,對(duì)一座車行上承式拱橋在爆破地震波作用下的響應(yīng)規(guī)律和安全問(wèn)題進(jìn)行研究,主要的研究?jī)?nèi)容有:(1)根據(jù)爆破地震波的產(chǎn)生機(jī)理和傳播衰減規(guī)律,結(jié)合隨機(jī)過(guò)程理論,運(yùn)用Matlab軟件實(shí)現(xiàn)爆破地震波的人工模擬,構(gòu)造出一系列符合期望條件的人工爆破地震波,為具體研究拱橋的動(dòng)力響應(yīng)提供特定參數(shù)的爆破震動(dòng)激勵(lì)。模擬結(jié)果表明爆心距和裝藥量是影響爆破震動(dòng)加速度大小的重要參數(shù)。(2)在結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析理論的基礎(chǔ)上,采用Midas Civil軟件對(duì)爆破震動(dòng)作用下上承式板拱橋梁的振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行仿真分析,得出順橋向和豎橋向的爆破震動(dòng)具有耦合作用;橫橋向的爆破震動(dòng)相對(duì)獨(dú)立,其產(chǎn)生的面外彎矩對(duì)主拱圈受力不利;三個(gè)方向的爆破地震波對(duì)拱橋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的作用效應(yīng)均不可忽視。(3)基于纖維單元理論,建立拱橋彈塑性動(dòng)力分析模型,研究爆破地震波的幅值和主頻對(duì)主拱圈動(dòng)力響應(yīng)的影響以及爆破地震和天然地震對(duì)主拱圈影響的區(qū)別,得出在拱圈彈性階段爆破地震波的幅值變化與拱圈振動(dòng)幅值變化呈線性關(guān)系,進(jìn)入塑性階段后兩者的增幅呈非線性關(guān)系;爆破地震波的主頻越接近拱橋的基頻,拱橋的振動(dòng)位移響應(yīng)越明顯;相同加速度峰值的天然地震對(duì)主拱圈產(chǎn)生的作用效應(yīng)遠(yuǎn)大于爆破地震;在罕遇天然地震和高強(qiáng)度爆破地震作用下,主拱圈均先在拱腳部位出現(xiàn)塑性鉸。(4)根據(jù)能力需求比法(CDR)的基本原理,結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)在爆破地震作用下破壞特點(diǎn),建立基于能力需求比法的橋梁爆破地震安全評(píng)價(jià)方法。以ANSYS/LS-DNYA模擬得出4種裝藥量條件下的爆破地震波作為外部動(dòng)力激勵(lì),計(jì)算出上承式拱橋主拱圈構(gòu)件各部位的CDR值在裝藥量為61kg和91kg時(shí)均大于1,主拱圈處于安全狀態(tài),而在裝藥量為127kg和193kg時(shí)CDR值小于1,主拱圈處于不安全狀態(tài),得出在爆心距為30m情況下最大安全裝藥量為90kg。結(jié)果表明基于能力需求比法的橋梁爆破地震安全評(píng)價(jià)方法是可行的。
【學(xué)位單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U448.22
【部分圖文】：

第 4 章 爆破地震波作用下上承式拱橋動(dòng)力響應(yīng)研究4.1 有限元模型建立4.1.1 工程概況某車行天橋?yàn)閮艨鐝?45m、凈矢高 7.5m 的等截面懸鏈線鋼筋混凝土板拱，矢跨比為 1/6，拱軸系數(shù)為 1.756。主拱圈采用 3.0m 1.1m 的 C40 鋼筋混凝土矩形實(shí)心截面。主孔上構(gòu)造采用 9 5.3m 的 C30 鋼筋混凝土空心橋面板配 C30 拱上橫墻結(jié)構(gòu)，橋面板與蓋梁間設(shè)置 GJZ150×200 板式橡膠支座，引孔采用 5.28m橋面板。橋面橫向布置為 0.5m（護(hù)欄）+凈 4.5m+0.5m（護(hù)欄）=5.5m。橋面鋪裝采用 10~14.5cm 厚 C40 混凝土。設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為公路—Ⅱ級(jí)。本橋位于Ⅱ類場(chǎng)地，抗震設(shè)防烈度為 7 度，水平向地震動(dòng)設(shè)計(jì)加速度為 0.15g。橋型布置圖如下圖 4-1 所示，拱橋一般構(gòu)造圖如圖 4-2~圖 4-3 所示。

該上承式板拱橋的傳力路徑為，拱上立墻將拱上建筑的恒載以及移動(dòng)荷載傳遞至拱圈，拱圈將所有荷載傳遞至基礎(chǔ)。拱座基礎(chǔ)設(shè)置于承載力強(qiáng)，完整性好的巖層，從而承擔(dān)巨大的水平推力。4.1.2 有限元模型建立本文采用 Midas Civil 2015 有限元軟件進(jìn)行計(jì)算分析，全橋模型共 151 個(gè)單元，主拱圈共 34 個(gè)單元，拱上橫墻共 44 個(gè)單元，蓋梁 40 個(gè)單元，橋面板 33 個(gè)單元。建模時(shí)坐標(biāo)系設(shè)定規(guī)則為，順橋向?yàn)?X 軸，橫橋向?yàn)?Y 軸，豎橋向?yàn)?Z軸，全橋有限模型如圖 4-4 所示。

4.1.2 有限元模型建立本文采用 Midas Civil 2015 有限元軟件進(jìn)行計(jì)算分析，全橋模型共 151 個(gè)單元，主拱圈共 34 個(gè)單元，拱上橫墻共 44 個(gè)單元，蓋梁 40 個(gè)單元，橋面板 33 個(gè)單元。建模時(shí)坐標(biāo)系設(shè)定規(guī)則為，順橋向?yàn)?X 軸，橫橋向?yàn)?Y 軸，豎橋向?yàn)?Z軸，全橋有限模型如圖 4-4 所示。圖 4-4 全橋有限元模型主拱圈是拱橋承載體系中的核心部位，因此在動(dòng)力分析中將重點(diǎn)關(guān)注主拱圈。選取左右兩個(gè)拱腳截面、1/4 跨截面、3/4 跨截面以及拱頂截面作為控制截面，從左至右分別命名為 A、B、C、D、E 截面，如圖 4-5 所示。

【參考文獻(xiàn)】

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