研究成果

考虑地震动多点激励与材料应变率效应的主跨300m级独塔斜拉桥弹塑性分析

发布时间:2015/2/4阅读次数:1438次

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摘 要:建立主跨300m级独塔斜拉桥MIDAS/Civil空间有限元模型,开发Civil 2MARC可视化接口程序,进而将MIDAS/Civil模型转入MSC.MARC程序中并检验了模型转化前后的一致性。然后,开发了基于地表功率谱的地表多点地震动生成理论的多点地震动可视化软件MEMS_b(Multiple Earthquake Motions Simulation b)。进
而说明了适用于多点位移-速度计算模型的相对精确性和容易实现的优势,并与MSC.MARC程序相结合应用于该桥梁的多点激励分析。最后分析了该桥梁地震作用下的薄弱环节与弹塑性反应,并研究多点输入和材料率效应对桥梁地震反应的影响规律。结果表明:(1)开发的可视化接口程序Civil2MARC界面便于操作,运行稳定,转化高效且结果可靠;(2)开发的可视化多点地震动生成程序MEMS_b界面友好,参数设置灵活且结果有效;(3)位移-速度多点计算模型理论完备,并可通过MSC.MARC程序对位移-速度多点计算模型加以实现;(4)解释并给出了应变率效应和多点地震动对该斜拉桥的塑性铰首次出现时间、位置以及计算末态塑性铰分布的影响规律。本文涉及到理论模型、程序开发及应用计算,可为相关工程提供参考。
关键词:斜拉桥;MIDAS;Civil2MARC;MSC.MARC;多点地震动;弹塑性;应变率
结 语
    本文结合工程实际,分别从可视化接口、地震动输入、程序开发和材料应变率效应方面所做工作总结如下。
(1)开发了可视化Civil2MARC转化接口,验证了程序的可靠性,可大大降低前处理建模时间。
(2)开发了可视化基于地表功率谱的多点地震动程序MEMS_b,相干性、拟合目标功率谱与规范反应谱吻合良好,验证了程序可信性。
(3)简要解释了位移-速度多点计算模型理论完备性,避免位移输入理论模型底部单元结果不收敛的固有缺陷,并进一步说明通过MSC.MARC可以应用位移-速度多点计算模型,并应用于桥梁多点地震动计算。
(4)首次出现塑性铰的位置,各种工况基本一致,为主塔桥墩墩顶这一薄弱环节;考虑应变率效应后,首次出现塑性铰的时间较不考虑应变率效应相对滞后,说明应变率效应有提高材料强度的作用,数值计算结果与已有试验及程序结果相一致。
(5)计算末态塑性铰分布情况,多点地震动对结构体系最终进入塑性状态产生了不利影响;地震强度相对较小时,应变率效应使材料强度提高进而使结构进入塑性的部位减少;随着地震动峰值增大,应变率效应对最终塑性铰的分布位置未显示有影响。解释了地震动相对于大跨长周期结构理论上归为高频荷载作用于长周期结构,激励对结构的短周期高频振型分量产生作用,而对长周期低频振型分量贡献小甚至为零。
    本文开发的工具有实用性,可供参考。