本文關(guān)鍵詞：考慮三維接觸摩擦效應(yīng)的大型渡槽結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析

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【摘要】：大型渡槽結(jié)構(gòu)的地震安全性關(guān)乎國計民生,其結(jié)構(gòu)形式不利于抗震,且在設(shè)計中尚無規(guī)范遵循。在地震作用下大型渡槽結(jié)構(gòu)的破壞往往是相鄰槽身在伸縮縫的碰撞。而由于蠕變、不均勻沉降、溫度變化,伸縮縫又是必不可少的。但目前對渡槽在伸縮縫處的碰撞研究較少,且大都是基于空間梁單元模型以點(diǎn)點(diǎn)碰撞為主,而對三維非線性接觸摩擦碰撞的研究尚未提及。因此,開展大型渡槽結(jié)構(gòu)在地震作用下的三維接觸摩擦碰撞響應(yīng)研究具有重要的意義。本文針對地震作用下大型渡槽結(jié)構(gòu)在伸縮縫處的碰撞問題,利用有限元軟件ANSYS/LS-DYNA建立渡槽三維接觸摩擦碰撞模型,并通過對一座三跨簡支大型渡槽在地震作用下相鄰槽身之間的碰撞進(jìn)行試算驗證,計算結(jié)果表明利用有限元軟件ANSYS/LS-DYNA建立的渡槽三維接觸摩擦碰撞模型能夠較好的模擬大型渡槽結(jié)構(gòu)在一維地震作用下面對面的正碰撞及在多維地震作用下的斜碰撞。利用有限元軟件ANSYS/LS-DYNA分別建立考慮槽臺作用和不考慮槽臺作用的渡槽三維模型。模擬了渡槽結(jié)構(gòu)在一維地震作用下面對面的正碰撞響應(yīng)。根據(jù)計算結(jié)果,分析了渡槽結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng),包括位移、相對位移、墩頂位移、碰撞力值、碰撞次數(shù)、接觸摩擦力值等。討論了渡槽結(jié)構(gòu)地震碰撞響應(yīng)的影響因素,考慮槽臺作用與不考慮槽臺作用的差異,計算結(jié)果表明不考慮槽臺作用比考慮槽臺作用計算結(jié)果的離散性大；當(dāng)考慮槽臺作用時,相鄰槽身間的碰撞均為雙邊碰撞,與不考慮槽臺作用情況比較發(fā)現(xiàn),伸縮縫處接觸面的碰撞次數(shù)和碰撞力峰值較大,因此,根據(jù)考慮槽臺作用設(shè)計的渡槽結(jié)構(gòu)抗震性能更高。設(shè)置三種不同的工況對多維地震作用下渡槽碰撞響應(yīng)進(jìn)行分析,分別是輸入縱向和橫向地震波、輸入縱向和豎向地震波和同時輸入縱向、橫向和豎向地震波等工況。分析了不同工況下的碰撞力時程響應(yīng)和伸縮縫處接觸面的碰撞應(yīng)力,并與一維地震作用下的碰撞響應(yīng)進(jìn)行比較討論分析,發(fā)現(xiàn)渡槽結(jié)構(gòu)在多維地震作用下,雖然只有部分質(zhì)量參與碰撞,慣性抵抗力小導(dǎo)致的碰撞力會較小,但是因為接觸面小將導(dǎo)致更嚴(yán)重的渡槽結(jié)構(gòu)破壞。因此只考慮一維地震作用的渡槽結(jié)構(gòu)響應(yīng)可能導(dǎo)致錯誤的碰撞響應(yīng)的預(yù)測和低估碰撞破壞。
【關(guān)鍵詞】：ANSYS/LS-DYNA 三維接觸碰撞 槽臺作用 多維地震
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TV672.3;TV312
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 緒論9-19
• 1.1 引言9-10
• 1.2 渡槽地震碰撞響應(yīng)的研究背景10-13
• 1.3 國內(nèi)外對碰撞問題的研究現(xiàn)狀13-18
• 1.3.1 梁式結(jié)構(gòu)碰撞的原因及影響因素14-16
• 1.3.2 結(jié)構(gòu)碰撞的試驗研究16-17
• 1.3.3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀17-18
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容18-19
• 2 渡槽地震碰撞的理論分析模型19-34
• 2.1 引言19
• 2.2 恢復(fù)系數(shù)法(Impact-restitution approach)19-20
• 2.3 拉格朗日乘子法(Lagrange multiplier approach)20
• 2.4 接觸單元法(Contact-element approach)20-27
• 2.4.1 線性彈簧單元模型21
• 2.4.2 Kelvin單元模型21-22
• 2.4.3 Hertz單元模型22-23
• 2.4.4 Hertzdamp單元模型23-24
• 2.4.5 非彈性-三維接觸-摩擦單元模型24-27
• 2.5 三維接觸碰撞模型27-33
• 2.5.1 接觸算法27
• 2.5.2 接觸算法的有限元實現(xiàn)27-33
• 2.6 本章小結(jié)33-34
• 3 地震作用下大型渡槽結(jié)構(gòu)三維接觸碰撞分析34-54
• 3.1 引言34
• 3.2 渡槽模型34-35
• 3.2.1 單元屬性、邊界條件和接觸面34-35
• 3.2.2 材料模型35
• 3.3 渡槽結(jié)構(gòu)地震碰撞響應(yīng)結(jié)果分析35-45
• 3.3.1 槽身位移結(jié)果36-37
• 3.3.2 槽身相對位移結(jié)果37-38
• 3.3.3 槽身速度和加速度結(jié)果38-39
• 3.3.4 墩頂位移結(jié)果39-40
• 3.3.5 伸縮縫處碰撞力結(jié)果40-41
• 3.3.6 伸縮縫處摩擦力結(jié)果41-43
• 3.3.7 接觸面應(yīng)力結(jié)果43-45
• 3.4 渡槽地震碰撞的影響因素討論45-52
• 3.4.1 伸縮縫寬度影響45-50
• 3.4.2 地基類型影響50-52
• 3.5 本章小結(jié)52-54
• 4 地震作用下考慮槽臺渡槽結(jié)構(gòu)三維接觸碰撞分析54-75
• 4.1 引言54
• 4.2 渡槽結(jié)構(gòu)地震碰撞響應(yīng)結(jié)果分析54-68
• 4.2.1 槽身位移結(jié)果54-56
• 4.2.2 槽身相對位移結(jié)果56-57
• 4.2.3 槽身速度與加速度結(jié)果57-59
• 4.2.4 墩頂位移結(jié)果59-60
• 4.2.5 碰撞力結(jié)果60-62
• 4.2.6 摩擦力結(jié)果62-65
• 4.2.7 接觸面應(yīng)力云圖結(jié)果65-68
• 4.3 伸縮縫寬度影響68-73
• 4.4 本章小結(jié)73-75
• 5 多維地震作用下渡槽結(jié)構(gòu)的三維接觸摩擦碰撞響應(yīng)75-81
• 5.1 引言75
• 5.2 考慮多維地震作用時渡槽結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)理論分析75-76
• 5.3 多維地震作用下渡槽結(jié)構(gòu)的碰撞響應(yīng)分析76-80
• 5.3.1 多維地震作用下渡槽結(jié)構(gòu)碰撞力分析77-78
• 5.3.2 多維地震作用下渡槽相鄰結(jié)構(gòu)接觸面應(yīng)力分析78-80
• 5.4 本章小結(jié)80-81
• 6 結(jié)論與展望81-83
• 6.1 本文的主要結(jié)論81-82
• 6.2 不足與展望82-83
• 參考文獻(xiàn)83-88
• 致謝88-89
• 個人簡歷及在校期間參與的科研和生產(chǎn)項目89

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