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大跨度结构多点抗震分析及程序研制

王付  
【摘要】: 由于行波效应、非相干性效应以及局部场地效应等空间效应的影响,大跨度结构各地面支承点在地震过程中的地面运动是不同的。不同的支承点运动可使结构产生较大的内力,因此有必要对大跨度桥梁结构进行多点激励地震响应分析。目前,大跨度结构地震响应分析方法主要有:反应谱方法、时程分析方法和功率谱方法。本文对这三种分析方法进行了比较详细的介绍,分析了它们的优缺点和目前存在的问题。在多点功率谱方法(虚拟激励法)研究工作的基础上,重点研究了多点输入反应谱方法和多点输入地震波的生成,并在有限元程序BPEM的基础上进行了程序实现。本文的主要工作包括: 1)介绍了大跨度结构在多支承激励作用下反应谱分析(MSRS)的数值过程,重点关注了该方法在大型有限元程序中的实现策略。在有限元程序BPEM的基础上,实现了大跨度结构在多支承激励作用下的反应谱分析功能。通过对互功率谱密度函数进行线性插值,探讨了求解互相关系数的积分表达式的简化计算方法。将MSRS法推广应用于沿水平方向传播的这三种类型的地震波(P波、SH波和SV波),推导了相应的计算公式。作为例子,对一两跨简支梁桥进行了多支承激励作用下的反应谱分析。该模型受到峰值地面加速度(PGA)值为0.5g的地震荷载作用,对三种荷载条件下的地震响应进行说明和比较,揭示了多支承激励作用下大跨度结构地震响应的一些特点。 2)总结了多支承点输入的地震动合成的理论和方法,并且采用工程常用的三角级数方法编写地震动合成程序。在合成过程中,通过互功率谱密度函数考虑地面运动的空间相关性,将互功率谱密度函数矩阵分解成一个下三角阵,从而获得幅值表达式,最终合成具有非平稳性的地震动时程。最后,通过一个实例合成地震动,并且利用生成的地震动进行反应谱拟合来验证地震动的正确性。 3)针对一个具体大跨度桥梁,在BPEM程序中使用三种方法(即功率谱方法、反应谱方法和时程分析方法)分别进行多点抗震分析,比较这三种方法所计算出来的响应结果,分析不同方法的特点,从而考核了所编制的程序。


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