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高墩大跨度连续刚构桥地震响应分析研究

作　者: 熊欢
导　师: 肖盛燮
学　校: 重庆交通大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 连续刚构反应谱随机响应时程分析功率谱大质量法多点激励行波效应场地效应
分类号: U441.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

中国位于世界两大地震构造系的交汇区域,历史上就是地震多发国家之一。地震的频繁发生,严重的威胁了人民群众的生命和财产安全。而作为生命线工程之一的桥梁结构的破坏,将会加重次生灾害的程度,导致更为严重的损失。因此确保桥梁在地震作用下的安全具有十分重要的意义。近些年来,随着我国经济高速发展,大中型桥梁建设也迅猛发展,目前使用的《公路桥梁抗震细则》(JTG/B02-01—2008)只能处理跨度150m内的中小桥梁,不能满足大跨度桥梁抗震设计的需要。由于地震发生的不确定性和传播机理的复杂性,因此考虑地震对结构作用,也即进行抗震设计必须对地震动的两个基本性质——地震动的随机性和空间变化性予以充分认识。地震地面运动是复杂的时间—空间过程,同一次地震中结构尺度范围内不同的地震动过程是不同的,这是因为地震波在传播过程中具有行波效应、相干效应和场地效应等。当结构尺寸较小时或采用整体基础时,这种影响可能较小,可按一致激励分析；随着结构尺度的不断扩大,地震动空间变异性的影响越来越显著,就必须采用多点激励分析。研究表明高墩大跨度连续刚构桥在抗震设计中应进行多点激励反应分析。本文从地震动输入、结构自身特性、结构的反应分析三个方面出发,以某高墩大跨度连续刚构桥为背景,进行了地震响应分析,主要完成工作如下：①利用ANSYS建立某连续刚构桥的全桥计算模型,并进行了自振特性的分析,得到了本桥的自振频率和振型；②利用反应谱法计算了本桥的地震响应。利用《公路桥梁抗震细则》提供的反应谱,分别计算了纵向激励、横向激励、(纵+竖)向二维激励、(横+竖)向二维激励、(横+纵)向二维、(纵+横+竖)三维激励等六种工况下桥梁的地震响应。并通过对比分析了竖向地震分量对连续刚构的影响。③基于大质量法对本桥进行了行波效应的分析。利用本文桥址处的反应谱,进行人工地震波的合成,并利用人工地震波分析不同视波速对连续刚构的影响。④基于功率谱法对本桥进行了场地效应的分析。利用不同场地的反应谱生成相应的功率谱,再利用间接考虑了场地效应的功率谱对本桥进行多点激励,分析了场地效应对本桥的影响

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-18
  1.1 课题研究背景及意义  9-12
  1.2 桥梁工程抗震分析的相关问题及其研究现状  12-17
    1.2.1 各种抗震分析方法简介  12-15
    1.2.2 大跨径桥梁抗震分析研究现状  15-17
  1.3 本文的研究内容  17-18
第二章地震作用  18-32
  2.1 地震动特征  18-22
    2.1.1 振幅  19-20
    2.1.2 频谱  20-21
    2.1.3 持时  21-22
  2.2 地面加速度功率谱模型  22-25
  2.3 随机地震动空间变化模型  25-27
    2.3.1 理想行波作用模型  25-26
    2.3.2 空间相干效应模型  26-27
  2.4 生成本文所述桥址处的人工地震波  27-31
  2.5 本章小结  31-32
第三章大跨度桥梁抗震分析的数值方法  32-49
  3.1 地震反应谱法  32-41
    3.1.1 地震反应谱法的概念  32-38
    3.1.2 设计反应谱  38-39
    3.1.3 地震反应谱分析方法  39-40
    3.1.4 振型组合  40-41
  3.2 动态时程分析法  41-44
    3.2.1 动态时分析法简介  41-42
    3.2.2 支座大质量法  42-43
    3.2.3 支座大刚度法  43-44
  3.3 随机振动法  44-47
    3.3.1 传统随机振动法  44-45
    3.3.2 随机振动的虚拟激励法  45
    3.3.3 一致激励下的结构响应的虚拟激励法  45-46
    3.3.4 多点激励下结构响应的虚拟激励法  46-47
  3.4 三种分析方法的比较  47-48
  3.5 本章小结  48-49
第四章连续刚构桥动力特性及反应谱分析  49-75
  4.1 三维有限元模型的建立  49-53
    4.1.1 工程概况  49-50
    4.1.2 桥梁结构的有限元模型  50-51
    4.1.3 连续刚构桥动力特性分析  51-53
  4.2 连续刚构桥地震响应反应谱分析  53-74
    4.2.1 地震动输入模式  53-56
    4.2.2 连续刚构桥地震反应谱分析结果  56-74
  4.3 本章小结  74-75
第五章连续刚构桥在多点地震动激励下的反应分析  75-97
  5.1 多点激励作用下动力多点输入问题  75-77
    5.1.1 动力方程  75-76
    5.1.2 振型叠加法  76-77
  5.2 基于时程分析法的行波效应的影响分析  77-83
    5.2.1 考虑行波效应的地震动输入  77-80
    5.2.2 行波效应对连续刚构桥的影响分析  80-83
  5.3 基于功率谱法的局部场地效应的影响分析  83-96
    5.3.1 功率谱法的地震动输入  83-88
    5.3.2 场地效应对连续刚构位移的影响  88-91
    5.3.3 场地效应对连续刚构桥内力的影响  91-96
  5.4 本章小结  96-97
第六章结论与展望  97-99
  6.1 结论  97-98
  6.2 展望  98-99
致谢  99-100
参考文献  100-105
攻读学位期间发表的论文及参加的科研项目  105

高墩大跨度连续刚构桥地震响应分析研究

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