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结构抗震分析方法的荷载转换及研究

曹建华  
【摘要】: 大跨度结构在工程中被日益广泛采用,一般都是非常重要的结构。一 旦破坏,损失将是巨大的。与普通小跨度建筑物不同,在进行大跨度结构 的地震响应分析时,应考虑空间因素对结构的影响,如:行波效应,部分 相干效应,局部效应。 目前,进行结构的地震响应分析的主要方法有反应谱法,时程积分法 和随机振动方法。相应地,地震动的描述有反应谱,加速度时程和功率谱 等形式。反应谱方法作为一种被广泛应用的抗震设计方法,容易为工程师 所接受,但是通常只能接受一致地面输入,无法考虑空间效应。时程分析 过于依赖于所选择的地震波,一般需要用多条地震波才可以得到结构响应 的统计特征,但是这样工作量太大。近四十年来,随机振动的理论研究取 得了丰硕的成果,特别是线性随机振动的研究有了很大的进步。但随机振 动在实际工程中的应用还远远不够,一个重要原因是随机振动的计算复杂 性。虚拟激励法在已有的随机振动的理论基础上,运用计算力学的手段, 解决了随机振动传统计算上的困难,使随机振动领域中一些复杂的问题有 了解决的办法。现在,随着随机振动理论的发展和高效算法的提出,随机 振动应用于工程实际已成为可能,我国也正着手将随机振动分析方法列入 我国公路桥梁抗震规范。但是进行随机振动分析,需要地震动的功率谱密 度作为地震输入。由于目前尚缺乏此类资料,作为过渡,可以从规范反应 谱进行转化。本文综合以前学者提出的模型和方法,进行了广泛的计算和 验证,确定出最适合的功率谱的确定方法。将规范加速度反应谱转化为功 率谱,并拟合了人工地震波,从而对反应谱方法,随机振动,时程积分三 种方法进行比较。在此基础上,将中国建筑结构抗震设计规范(GBJ11-89), 中国建筑结构抗震设计规范(99征询意见稿),公路工程抗震设计规范 (JTJ004-89),美国Caltrans Seismic Design Criteria和欧洲Eurocodes 8 规范中规定的地面加速度反应谱转化为与规范相一致的功率谱。并根据计 算出的功率谱曲线,分别拟合欧进萍-牛荻涛模型、胡聿贤-周锡元模型, Ruiz-Pension模型的参数。对各种方法转化方法从精确度和效率方面进行 比较。把从反应谱转化得到的功率谱,作为随机振动方法的输入,并用其 拟合人工地震波,计算结构的位移反应谱。从而对这些方法在工程应用上 的特点和不足有了实质的认识。 利用反应谱方法,随机振动方法,时程积分方法三种方法,分别考虑 均匀地面运动和行波效应两种情况,进行青马大桥和大佛寺长江大桥的地 震响应分析。并对计算结果进行了研究。


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