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曲线梁桥地震反应特性的研究

陈佳宇  
【摘要】:曲线梁桥由于其空间结构的不规则性所导致的弯扭耦合效应使得其地震响应与其它梁式桥结构有着很大区别。目前,国内外桥梁抗震设计规范对曲线梁桥有一些指导性意见,但并没有给出具体的抗震设计方法或快速评估方法,随着大量山区曲线梁桥工程的实施,其地震反应特性与抗震性能的研究亟待完善。本文依托印度尼西亚的一座实际公路曲线梁桥工程为研究背景,建立有限元分析模型。为使研究结论不致太过片面,笔者基于三种不同的曲线布局、三种不同的曲率半径、两种不同的支座布置方式等因素,对有限元模型进行扩展,一共建立了20个曲线梁桥模型(包括两种不同支座布置方式的直线梁桥模型),基本涵盖曲线桥梁结构的主要形式。对曲线梁桥结构的地震反应特性做了以下研究: 1)综述了目前国内外有关曲线梁桥结构抗震研究的成果。重点介绍了有关其最不利输入角度的研究工作,并归纳和延伸了基于反应谱法的最不利输入角度计算公式,为后文的研究工作提供理论基础。 2)对各种曲线梁桥模型的自振特性进行分析与总结,提出了将“振型角”作为判断类似不规则结构振型特性参数的方法。基于文中所述的最不利输入角度计算公式,对所有曲线梁桥模型的最不利输入角度进行计算,并与统计结果进行比较,验证了最不利输入角度简化计算方法的正确性。在此基础上总结了曲线梁桥结构各种地震反应量随曲率半径、地震动输入角度变化而变化的规律。 3)采用时程动力分析方法对反应谱法所得结果进行验证。参照文中所述的5条选波原则,选取了15条实际地震动记录进行动力时程响应分析,将所得结果均值与转换的反应谱计算结果进行比较,验证了转化反应谱计算的精确性,再将转化谱计算结果与规范反应谱计算结果进行比较,结果表明误差很小。这说明对于曲线梁桥结构可以采用转换地震记录为反应谱的方式对结构进行反应谱分析代替时程记录的计算结果,在保证了精确性的同时也简化了计算工作。 4)探讨对于曲线梁桥静力弹塑性分析的正确办法。因为曲线梁桥其自身结构的不规则性,常规的静力弹塑性分析方法中对于加载模式,监测位置等规定对于曲线梁桥结构是否实用暂无定论。本文研究了基于不同加载模式与不同监控位置下曲线梁桥结构Pushover曲线和性能点的特性差异,并对差异来源及结果本身进行评估,总结出适合于曲线梁桥结构静力弹塑性分析的正确方法。


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