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基于Pushover的高墩大跨连续刚构桥的抗震研究

作　者: 欧阳路明
导　师: 李立峰
学　校: 湖南大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 高墩大跨连续刚构桥 Pushover分析模态Pushover分析侧向荷载分布形式能力谱性能评估
分类号: U442.55
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

地震带来严重的人员伤亡和经济损失，地震对桥梁结构造成的破坏给抗震救灾工作带来严重阻碍。我国对桥梁抗震研究较少，尤其是对于我国西南地区出现的高墩大跨连续刚构桥的研究更少，远远达不到实际工程要求，给工程抗震带来很大的困难以及经济浪费。本文基于性能的抗震设计方法，采用非线性静力分析方法（Pushover分析方法），研究Pushover分析方法在对高墩大跨连续刚构桥抗震性能评估的适用性。本文主要完成了以下几个方面的工作：(1)对国内外桥梁主要震害做了全面调查；回顾了抗震设计理论的发展历程及基于性能的抗震设计方法；总结了Pushover分析方法在大跨高墩桥抗震性能评估中的现状。(2)对Pushover分析方法的基本原理和实施步骤作了较详细的总结，提出了实现Pushover分析的两大假定在桥梁抗震评估上存在的问题；列举了应用较广泛的5种固定型侧向荷载分布形式并提出一种考虑上部结构质量的荷载分布形式。(3)对不同高度桥墩结构，分别进行了6种固定型侧向荷载分布形式下的Pushover分析，以及分别进行了固定型模态Pushover分析和自适应型模态Pushover分析。通过结果比较表明，振型组合分布形式（形式六）能考虑上部结构集中质量块的影响以及高阶振型的影响，是一种合理的侧向荷载分布形式。自适应型模态Pushover分析能考虑高阶振型影响和结构进入塑性状态荷载分布形式变化的影响，能到的更精确的结果。(4)对80m墩高桥梁结构在振型组合侧向荷载分布形式下的能力曲线进行抗震性能评估，结果表明该桥梁满足抗震要求。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-11
第1章绪论  11-25
  1.1 引言  11-12
  1.2 桥梁主要震害形式  12-14
    1.2.1 落梁与碰撞破坏  12-13
    1.2.2 支座等连接件破坏  13
    1.2.3 桥墩破坏  13-14
    1.2.4 基础破坏  14
  1.3 桥梁抗震设计理论的发展  14-15
    1.3.1 基于强度的抗震设计理论  14-15
    1.3.2 基于性能的抗震设计理论  15
    1.3.3 基于位移的抗震设计理论  15
  1.4 基于性能的抗震设计理论  15-19
    1.4.1 基于性能抗震设计思想的提出  15-16
    1.4.2 基于性能抗震设计思想的特点  16
    1.4.3 基于性能抗震设计思想的发展现状  16-17
    1.4.4 地震设防水准  17
    1.4.5 结构性能水准  17-18
    1.4.6 结构目标性能  18-19
  1.5 Pushover分析方法  19-22
    1.5.1 地震响应分析方法  19-20
    1.5.2 弹塑性（Pushover）分析方法  20
    1.5.3 Pushover分析方法在性能评估中的研究现状  20-22
    1.5.4 Pushover分析方法在高墩桥梁抗震性能的评估  22
  1.6 本文的研究目的和主要内容  22-25
    1.6.1 本文研究目的  22-23
    1.6.2 本文研究内容  23-25
第2章 Pushover方法与侧向荷载分布形式  25-35
  2.1 前言  25-26
  2.2 Pushover分析方法基本原理和基本假定  26
  2.3 Pushover分析方法实施步骤  26-33
    2.3.1 建立非线性有限元模型  26-27
    2.3.2 施加侧向分布荷载  27-29
    2.3.3 确定非线性分析的目标位移  29-30
    2.3.4 根据分布形式是否变化修改结构刚度  30
    2.3.5 Pushover曲线转化能力谱曲线  30-32
    2.3.6 建立需求谱  32
    2.3.7 性能评估  32-33
  2.4 考虑上部主梁集中质量的分布形式  33
  2.5 本章小结  33-35
第3章工程背景及有限元模型建立  35-43
  3.1 工程背景  35-36
  3.2 桥墩截面塑性铰的定义  36-38
    3.2.1 集中塑性铰荷载—位移曲线模型  36-37
    3.2.2 集中塑性铰长度及其在分析模型中的设置  37
    3.2.3 分布塑性单元  37-38
  3.3 材料的本构关系模型  38-41
    3.3.1 钢筋的应力—应变关系模型  38-39
    3.3.2 无约束素混凝土的应力—应变关系模型  39-40
    3.3.3 约束混凝土的应力—应变关系模型  40-41
  3.4 弹塑性有限元模型建立  41
  3.5 本章小结  41-43
第4章六种侧向分布形式下的Pushover分析  43-57
  4.1 前言  43-44
  4.2 动力弹塑性时程分析  44-51
    4.2.1 结构动力特性分析  44-47
    4.2.2 地震波的选取原则  47
    4.2.3 地震波基本信息  47-50
    4.2.4 增量动力弹塑性（IDA）分析  50-51
  4.3 六种侧向荷载分布形式的Pushover分析  51-56
    4.3.1 主位移监测点的选择  51-52
    4.3.2 Pushover推倒曲线分析  52-54
    4.3.3 Pushover推倒曲线误差分析  54-56
  4.4 本章小结  56-57
第5章高墩桥梁的模态Pushover分析  57-82
  5.1 前言  57-58
  5.2 模态Pushover分析的基本原理及基本步骤  58-61
    5.2.1 模态Pushover分析的基本原理  58-59
    5.2.2 固定型模态Pushover分析基本步骤  59-60
    5.2.3 自适应型模态Pushover分析基本步骤  60-61
  5.3 振型及振型数的选择  61-62
  5.4 模态Pushover分析  62-81
    5.4.1 固定型模态Pushover分析  62-64
    5.4.2 自适应型模态Pushover分析  64-81
  5.5 本章小结  81-82
第6章高墩大跨连续刚构桥的抗震性能评估  82-89
  6.1 前言  82
  6.2 震害等级和性能水准的划分及损伤模型的选择  82-84
    6.2.1 结构损伤模型的选择  82-83
    6.2.2 震害等级及损伤指数  83-84
  6.3 Pushover结构抗震性能评估在Sap2000中的实现  84-88
    6.3.1 性能点的确定  84-85
    6.3.2 中国规范反应谱与UBC规范反应谱参数的转换关系  85-87
    6.3.3 连续刚构桥的抗震性能评估  87-88
  6.4 本章小结  88-89
结论与展望  89-91
参考文献  91-95
致谢  95

基于Pushover的高墩大跨连续刚构桥的抗震研究

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