论文摘要
摘要：随着近断层强震记录的不断增多,使得全面揭示近断层强地震动的特点成为可能。近断层地震动显著地不同于远离断层的地震动,其上盘效应,破裂方向效应和"Fling step"效应以及由后两种效应引起的不同长周期脉冲以及由破裂传播和辐射图导致的垂直断层走向的地震动大于平行断层走向的地震动是近断层地震动的重要特点。梁式桥作为我国公路桥梁中普遍采用的结构形式,其抗震性能是一个值得关注的课题。参照本文所研究的近断层区桥梁所在桥址的《安评报告》,选出符合近场特征的三条美国地震记录、三条中国汶川记录,以及根据《安评报告》拟合出的3条人工波,首先采用精细的非线性时程分析方法,考虑地基柔性效应,对公路桥的抗震性能进行研究。土—结相互作用问题一直是桥梁结构抗震研究的难点,FEMA440中考虑土结构相互作用的能力谱法为此问题的解决提供了一条有效的途径,可以考虑运动学效应和地基阻尼效应的简化计算方法以及改进的等效线性化方法。本文中,首先建立了考虑地基柔性效应的公路梁式桥模型,对其作推倒分析得到结构的基底剪力—墩顶位移曲线,将其转化为结构的能力谱曲线；然后分别采用FEMA440所提出的考虑运动学效应和地基阻尼效应的方法对地震需求谱进行折减,通过能力谱曲线和需求谱曲线求解结构在相应地震作用下的抗震性能,并与非线性动力时程分析结果进行了比较。本文主要研究内容如下：1.地震动记录的收集及选取广泛收集国内外近断层地震记录资料,尤其是2008年我国汶川地震中靠近活动断层的强震记录；根据近断层的特性从中选取3条美国记录、3条汶川记录、3条人工地震波作为非线性地震分析的需求输入。2.建立桥梁模型考虑地震作用下土一结构相互作用的地基柔性效应,采用桩基土弹簧来模拟桩土相互作用,考虑支座动力性能,运用有限元软件SAP2000建立桥梁有限元模型,3.对已建模型进行抗震性能研究（1）考虑基础柔性效应非线性时程分析以所选取的汶川及美国部分地震记录和模拟的人工地震记录作为输入,分为EL1和EL2两个水准（分别对应PGA为0.262g和0.351g）对全桥进行非线性时程分析,对比研究两个水准下全桥的墩顶残余位移、墩底塑性铰、墩梁相对变形、伸缩缝变形等桥梁地震响应指标,并结合《公路桥梁抗震性能评定细则》《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/TB02-01--2008）、对所得结果进行两水准下的抗震验算。验算结果表明,在两个水准下,除了个别支座外其余指标均能满足要求（2）考虑桩—土相互作用三种效应的pushover分析对所建立的模型作推倒分析得到结构的基底剪力—墩顶位移曲线,将其转化为结构的能力谱曲线；然后,分别采用FEMA440的考虑运动学效应和地基阻尼效应对结构地震需求谱进行折减,将桥梁结构的能力谱曲线和需求谱曲线绘制在同一坐标系下进而研究结构在相应地震作用下的抗震性能,并与非线性动力时程分析结果进行比较,对比结果显示FEMA440考虑桩—土相互作用的三种效应能更有利于桥梁结构的抗震分析。
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