考虑地震动空间非一致性的大跨桥梁地震反应研究

论文摘要

大跨度桥梁的地震动空间变化的非一致影响不可忽略,斜入射是引起这种空间变化的主要因素。本文研究了斜入射条件下自由场数值模拟方法,分析了斜入射地震动场在不同波动输入、不同地质参数情况以及河谷地形的反应特性。建立了考虑地震动空问非一致性的大跨度桥梁三维有限元分析模型,采用该模型分析了某连续刚构大跨桥梁的地震反应,并进行了参数分析研究。本文主要工作和取得的成果如下：(1)基于粘弹性人工边界单元,研究了斜入射地震动的输入方法,根据一维化算法和人工边界节点的集中质量运动方程,通过将非一致地震动场转化为施加于人工边界节点上的等效荷载的方法实现波动的有效输入,并采用MATLAB语言编制相应程序,与扩展解相互验证。结合大型有限元通用分析软件ANSYS的参数化设计语言APDL编制了辅助程序,只需给出模型参数以及输入地震波,就可以计算等效荷载并实现自动输入,为开展非一致地震动作用下场地和结构的动力反应分析奠定了基础。(2)考虑斜入射情况下,自由场采用不同剪切波速的单层土、多层土和软土层对场地及地面反应的影响进行了分析；建立了典型的河谷地形的二维有限元分析模型,分析了考虑斜入射情况下P波及SV波入射河谷地形的地形影响效应,研究了地震波斜入射对局部场地地震动影响,并和垂直入射的情况进行比较分析。(3)以某跨海连续刚构桥为背景,研究了考虑非一致地震动空问的大跨桥梁地震动力反应,分析桥梁的内力幅值和分布规律。研究了地震波输入、斜入射角、地基土剪切波速以及河谷地形等影响因素的变化对P波及SV波作用下连续刚构桥结构动力反应的影响规律。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景和意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 大跨度桥梁地震反应分析方法
• 1.2.2 桥梁-桩-地基土动力相互作用系统数值模型
• 1.2.3 大跨度桥梁多点非一致激励研究现状
• 1.2.4 地震波斜入射结构反应分析研究现状
• 1.3 本文研究目的及主要内容
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 主要内容
• 第二章 考虑地震波斜入射作用下的动力分析数值模拟研究
• 2.1 引言
• 2.2 近场波动模拟中的人工边界
• 2.2.1 粘弹性人工边界
• 2.2.2 粘弹性人工边界单元
• 2.3 斜入射波的自由场时域计算方法
• 2.3.1 自由波场时域计算一维化有限元方法
• 2.3.2 考虑斜入射的二维自由波场扩展解
• 2.3.3 斜入射作用下自由波场数值算例
• 2.4 斜入射地震动输入数值模拟
• 2.4.1 斜入射地震动输入
• 2.4.2 波动输入程序
• 2.4.3 算例分析
• 2.5 考虑斜入射地震动场的波动输入方法算例
• 2.5.1 单层土的结果分析
• 2.5.2 多层土的结果分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 地震波斜入射作用下局部场地动力反应分析
• 3.1 引言
• 3.2 斜入射对单层和多层场地土层地表放大效应的影响
• 3.2.1 单层土分析
• 3.2.2 多层土分析
• 3.3 地震波斜入射情况下软土层对地面运动峰值的影响
• 3.3.1 地表软土层的结果分析
• 3.3.2 基岩上软土层的结果分析
• 3.4 斜入射情况下河谷地形效应
• 3.4.1 河谷地形有限元模型
• 3.4.2 P波入射时结果分析
• 3.4.3 SV波入射时结果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 考虑地震动非一致输入的大跨度桥梁动力反应分析
• 4.1 引言
• 4.2 计算模型的建立及输入地震波的选取
• 4.2.1 背景桥概况
• 4.2.2 桥梁-桩-土动力相互作用整体有限元模型的建立
• 4.2.3 输入地震波的选取
• 4.3 整体模型的动力特性分析
• 4.4 地震波斜入射作用下大跨桥梁反应分析
• 4.4.1 P波入射时结果分析
• 4.4.2 SV波入射时结果分析
• 4.5 斜入射作用下不同地基土对大跨桥梁地震反应的影响
• 4.5.1 P波入射时结果分析
• 4.5.2 SV波入射时结果分析
• 4.6 斜入射作用下河谷地形对大跨桥梁地震反应的影响
• 4.6.1 模型及输入的地震波
• 4.6.2 P波入射时结果分析
• 4.6.3 SV波入射时结果分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 本文的主要工作及成果
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 附录 选用的地震波记录