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基于Pushover分析的桥梁结构抗震评估方法的研究与应用

作　者: 吴奕琴
导　师: 贺国京
学　校: 中南林业科技大学
专　业: 结构工程
关键词: 桥梁抗震性能模态Pushover 损伤指数
分类号: U442.55
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

桥梁作为重要的生命工程线,在强烈地震作用下,一旦遭到地震破坏,会给地震应急和震后恢复工作带来极大的困难。二十世纪九十年代,基于性能抗震设计思想的提出,受到了各国研究者与科学家的广泛关注,基于性能的抗震设计理论涉及如何简便而合理地确定结构在指定强度地震下的弹塑性位移需求,弹塑性时程分析用于求解结构地震反应可以反映结构随时间变化的破坏情况,被认为是精确可靠的方法。然而使用过程中存在不少问题,如地震波的选取、计算结果的界定以及计算效率低等问题,在工程中难以推广。长期以来,国内外地震工程界的学者都致力于结构非线性地震需求的简化计算。本文在总结国内外有关理论和方法的基础上,围绕Pushover分析方法,能力谱方法和地震损伤分析三个方面开展了一定的研究,提出了基于改进的多模态Pushover分析的桥梁抗震能力评估方法,并通过算例加以验证,讨论了高阶模态对高墩桥梁在不同地震等级和不同场地类型的地震响应的影响。论文主要完成了以下工作：1、阐述了Pushover分析方法的基本原理、假定和实施步骤。对目前国外有关Pushover分析方法的应用与发展作了简要评述,重点讨论了几种水平加载方式和几种常用的Pushover分析方法。2、借鉴N2方法、简化的能力谱方法等提出了改进的模态Pushover分析方法,该方法适用于长周期、不规则的桥梁。3、对结构的地震损伤模型进行了研究,讨论了结构震害等级划分的原则及其标准,论述了结构震害等级与损伤指数的对应关系,并参照建筑结构,给出了桥梁震害等级与损伤指数的关系。4、采用强度折减系数法对中国抗震规范弹性反应谱进行折减,得出有实际工程意义的弹塑性地震反应谱。5、研究了地震损伤模型的选择问题,提出了采用Pushover分析确定地震损伤模型参数的简化方法,给出了相应参数的计算公式。通过独立桥墩,讨论了高阶模态对高墩桥梁在不同地震等级和不同场地类型的地震响应的影响。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
1 绪论  10-21
  1.1 引言  10-11
  1.2 桥梁震害现象  11-14
  1.3 桥梁抗震设计特点和设计原则  14-16
    1.3.1 设计特点  14
    1.3.2 设计方法和设计原则  14-16
  1.4 桥梁抗震分析方法介绍  16-18
    1.4.1 静力法  16-17
    1.4.2 反应谱法  17
    1.4.3 动力时程分析方法  17-18
    1.4.4 基于性能的抗震设计思想与推倒分析方法  18
  1.5 推倒分析研究现状  18-20
    1.5.1 pushover分析的研究现状  19
    1.5.2 侧向力模式的研究  19
    1.5.3 能力谱的研究  19-20
  1.6 本文主要内容  20-21
2 静力弹塑性Pushover分析方法  21-29
  2.1 静力弹塑性Pushover分析方法的应用背景  21
  2.2 Pushover分析方法的基本原理  21-27
    2.2.1 基本原理  21
    2.2.2 基本假定  21-22
    2.2.3 等效单自由度体系的转换方法  22-23
    2.2.4 实施步骤  23-24
    2.2.5 水平加载模式  24-27
  2.3 Pushover分析方法的用途  27-28
  2.4 本章小结  28-29
3 桥梁结构Pushover分析方法  29-45
  3.1 塑性倒塌机制分析方法  29-30
  3.2 ATC-40中的能力谱分析法  30-34
    3.2.1 ATC-40能力谱方法原理简介  30-32
    3.2.2 ATC-40能力谱法的等效线性体系  32-34
    3.2.3 ATC-40能力谱法的特点  34
  3.3 N2分析方法  34-37
  3.4 改进的能力谱分析法  37-40
    3.4.1 模态Pushover分析法  37-40
    3.4.2 强度折减系数法  40
  3.5 位移影响系数法  40-42
  3.6 改进的模态Pushover法  42-44
    3.6.1 具体分析步骤  42-43
    3.6.2 合理振型数的确定  43-44
  3.7 本章小结  44-45
4 桥梁结构损伤分析  45-58
  4.1 概述  45-46
  4.2 桥梁结构破坏等级的划分及破坏准则  46-48
    4.2.1 破坏等级划分  46-47
    4.2.2 结构破坏准则  47-48
  4.3 桥梁结构损伤模型  48-54
    4.3.1 构件的损伤模型  48-52
    4.3.2 结构的损伤模型  52-53
    4.3.3 改进的桥梁地震损伤模型  53-54
  4.4 震害等级的划分  54-57
    4.4.1 震害等级的划分  54-56
    4.4.2 震害等级与损伤指数的关系  56-57
  4.5 本章小结  57-58
5 基于Pushover的桥梁抗震性能评估  58-86
  5.1 需求曲线的建立  58-66
    5.1.1 折减系数  58-62
    5.1.2 弹性反应需求谱  62-66
  5.2 桥梁抗震性能参数与地震损伤模型的选择  66-69
    5.2.1 桥梁抗震性能参数的选择  66-67
    5.2.2 地震设防水准  67-69
    5.2.3 地震损伤模型的选择  69
  5.3 地震损伤模型参数的简化计算方法  69-71
    5.3.1 结构单参数损伤模型的简化计算方法  69-70
    5.3.2 结构双参数损伤模型的简化计算方法  70-71
  5.4 实施步骤  71-73
  5.5 算例分析  73-85
    5.5.1 工程背景  73
    5.5.2 地震波的选用  73-75
    5.5.3 独立桥墩横桥向推倒分析  75-83
    5.5.4 独立桥墩横桥向地震损伤验算  83-85
  5.6 本章小节  85-86
6 结论与展望  86-88
  6.1 本文结论  86
  6.2 展望  86-88
参考文献  88-93
附录:攻读硕士学位期间的主要学术成果  93-94
致谢  94

基于Pushover分析的桥梁结构抗震评估方法的研究与应用

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