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大跨度斜拉桥随机地震响应及动力可靠度分析

雷顺成  
【摘要】:我国大跨度斜拉桥建设飞速发展,其跨径已经实现了由几百米到千米级别的跨越,已建成的大跨度斜拉桥在我国交通系统中占据了重要地位。随着斜拉桥的跨径的快速增长,其动力性能亦趋复杂,地震荷载成为不可忽视的控制因素。同时,地震动作为一种随机荷载,结构的相关参数也具有一定的随机性,因此对大跨度斜拉桥进行随机地震响应以及动力可靠性分析便具有重要意义。论文以胜天特大斜拉桥为工程背景,运用ANSYS以及MATLAB对大跨度斜拉桥进行了多维多点的随机地震响应分析以及考虑激励和结构参数双重随机性的动力可靠度分析,论文的主要内容如下:1、系统地梳理了结构随机地震动以及动力可靠度相关理论。其中前者包括随机振动理论、随机地震动输入模型、地震动空间效应模型,推导了基于绝对位移直接求解的虚拟激励法理论,并给出了在通用型有限元分析程序ANSYS中的实现方法;后者主要包括首次超越准则、常用的可靠度计算方法以及基于神经网络算法考虑地震激励和结构参数双重随机性的结构动力可靠度分析方法。2、建立了胜天大桥的有限元模型并进行了动力特性分析,了解了其振型分布特征和刚度特性以指导随机地震分析。结果表明,考虑了结构大变形有应力的初始特征对结构动力特性影响很小,可以忽略。3、确定地震动输入模型,基于大型通用有限元分析软件ANSYS平台,采用了绝对位移的求解的虚拟激励法进行了胜天大桥随机地震响应分析,对比分析了结构在一维一致激励、多维一致激励、行波效应、相干效应、场地效应以及综合考虑下的响应特征。4、基于首次超越准则建立了胜天大桥主梁动力可靠度分析的功能函数,确定了主梁关键失效截面,采用了响应面法以及神经网络算法计算了主梁的动力可靠度,结果表明神经网络算法对非线性功能函数的拟合具有较高的精度和效率;胜天大桥在地震动作用下,其主梁可靠度较高,满足规范要求。


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