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斜拉桥及连续梁桥空间地震反应分析

龙晓鸿  
【摘要】:地震作为一种破坏力巨大又难以预料的自然灾害,其强震的发生往往会带来 巨大的生命财产损失,特别是桥梁的震害。因此,对桥梁抗震进行全面、系统的 研究将是十分有必要的。本文针对国内外关于桥梁地震反应分析在地震动输入、 斜拉桥有限元建模及反应谱分析、斜拉桥一致激励非线性时程分析、连续梁桥非 一致激励地震随机响应分析以及空间非规则型连续梁桥隔震研究五方面的研究 现状及存在的问题进行评述的基础上,并以澳门澳凼第三大桥斜拉桥(主桥) 和一联九跨连续梁桥为工程背景,对斜拉桥及连续梁桥空间地震反应展开研究, 主要包括如下五个方面的内容。 在输入一致激励地震动方面,对桥梁地震反应分析中几种确定地震动输入方 法进行了对比分析,指出了各自的优缺点。重点对迭代拟合规范设计反应谱法进 行了研究,并编写了相应的程序 AGM2,将为后续的时程分析打下了基础。此外, 对地震动输入模式也作了简要叙述。 在斜拉桥有限元建模及反应谱分析方面,通过合理选择不同有限单元来模拟 结构构件的性能,特别是对斜拉索、桥面系以及连接支承的处理。根据某斜拉桥 的四种不同初始应力状态建立了相应的有限元模型,并作了比较分析,最终指定 模型Ⅳ(斜拉索预张拉,同时考虑结构自重)为其初始平衡构型。在反应谱分析 中,用振型叠加法分别研究了振型参与系数、振型组合方法以及地震动输入维数 对桥塔抗震性能分析结果的影响。 在斜拉桥一致激励非线性时程分析方面,首先对输入地震波进行了比选分析, 探讨了输入基于迭代拟合规范设计反应谱法合成人工地震波对斜拉桥一致激励线 性时程分析的影响,并将其与反应谱法计算结果进行了比较。其次研究了斜拉桥 的两种有限元计算模型(共 4 种工况)分别在 50 年超越概率 P1、P2地震作用下的 几何非线性性能。最后通过采用单分量模型来模拟桥塔底部的弹塑性性能(设置 塑性铰),并对其进行了罕遇地震作用下的材料非线性变形验算。 I WP=4 在连续梁桥非一致激励地震随机响应分析方面,采用改进的 Kanai-Tajimi 谱 来模拟地面运动的功率谱。根据实际地震加速度记录的功率谱,用最小二乘法来 确定其相应参数。为了验证随机振动分析的可靠性,将一个二层框架的时程分析 和随机分析结果作了比较。采用 Penzien 模型,建立了某连续梁桥考虑桩-土-结 构共同作用的空间有限元模型,并与墩底固结模型作了模态对比分析。运用振型 叠加法中的 Closed-form 求解技术分析了连续梁桥非一致激励地震随机响应,考虑 了行波效应、空间不相干效应对其的影响。 首次对考虑桩-土-结构共同工作的空间非规则型连续梁桥进行隔震研究。 为了探讨 LRB 特性模拟的准确性,以一个单自由度隔震系统为研究对象,分别将 ANSYS 计算结果与试验值、SAP2K 计算结果作了对比分析。研究了 15 条地震波 输入和 3 种不同桥梁支座形式对空间不规则型连续梁桥影响。对 LRB 本构模型的 屈前刚度 k1,刚度比α 、屈服剪力 Fy分别在纵、横桥向进行了参数敏感性分析, 并提出了合理选择隔震支座参数建议。 最后,对本文的研究工作进行了总结,给出了研究中的一些结论,并指出了 在进一步研究中亟待解决的问题。


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