铁路桥梁延性抗震设计方法研究

论文摘要

桥梁抗震设计的基本原则是确保设计地震作用下桥梁结构的安全。因此,在预期的设计地震作用下,经过延性抗震设计的结构必须具有足够的延性能力,即:必须在概率意义上保证结构具有的延性能力超过设计地震作用下结构的延性需求。所以,在进行延性抗震设计时,就必须分析与比较结构的延性需求与延性能力。虽然延性需求的计算可以通过非线性地震响应分析得到,但该方法不便于研究人员和设计人员进行结构抗震设计。因此,如何简化延性需求的计算在抗震设计中具有重要的工程意义。本文围绕结构的位移延性需求及延性抗震设计方法,进行了以下几方面的研究:（1）简述了延性抗震设计的概念、基本原理及意义、延性需求的计算方法,最后论述了延性需求谱的研究现状和存在的问题。（2）论述了弹塑性分析力学模型、恢复力模型的选取及截面弯矩-曲率关系曲线的建立,并介绍了采用Midas/Civil有限元程序进行非线性分析的方法,最后通过算例分析对该程序的计算结果进行可靠性验证。（3）讨论了地震动记录的选取、分类以及加速度峰值的调整方法;收集大量的地震动记录,并根据场地类别进行分组;对单墩体系进行非线性地震响应分析,计算其延性需求;基于分析结果,建立了延性需求与自振周期的关系曲线,研究了延性需求曲线的基本特征及结构参数、场地类别等因素对延性需求曲线的影响规律。（4）在每组地震作用下,对不同周期的单墩体系进行非线性地震响应分析和弹性反应谱分析,计算其延性需求及线性弯矩比;对分析结果进行统计、回归分析,探讨结构的延性需求与线性弯矩比的关系,并建立二者的函数关系式,即延性需求的简化计算公式。（5）针对目前国内常规铁路桥梁结构,考虑延性抗震设计的实用性、可操作性,同时借鉴国内外桥梁抗震设计规范关于桥墩延性抗震设计的方法,建议了一种适用于铁路桥梁的延性抗震设计方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• Contents
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 桥梁延性抗震设计
• 1.2.1 延性抗震设计的基本概念
• 1.2.2 延性抗震设计的基本原理
• 1.3 延性需求的计算方法
• 1.3.1 规范简化计算方法及位移系数法
• 1.3.2 动力弹塑性分析法
• 1.3.3 静力弹塑性分析法
• 1.4 位移延性需求谱研究现状
• 1.5 本文研究目的及意义
• 参考文献
• 第二章 桥墩动力弹塑性响应分析
• 2.1 引言
• 2.2 弹塑性分析力学模型
• 2.2.1 集中塑性铰模型
• 2.2.2 纤维梁单元模型
• 2.2.3 本文采用的模型
• 2.3 恢复力模型
• 2.3.1 双线性模型
• 2.3.2 Clough 模型
• 2.3.3 Takeda 模型
• 2.3.4 本文采用的模型
• 2.4 单元截面分析
• 2.4.1 地震作用下材料本构关系
• 2.4.2 截面弯矩-曲率计算方法
• 2.5 非线性动力时程分析
• 2.5.1 动力平衡方程的求解
• 2.5.2 非线性方程的求解
• 2.6 程序验证
• 2.7 本章小结
• 参考文献
• 第三章 桥墩延性需求影响因素分析
• 3.1 引言
• 3.2 地面运动输入
• 3.2.1 地震波的选取与分类
• 3.2.2 加速度峰值调整
• 3.3 结构模型及参数选取
• 3.4 延性需求影响因素分析
• 3.4.1 屈服强度水平
• 3.4.2 阻尼系数
• 3.4.3 场地类别
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 第四章 延性需求曲线及计算公式的建立
• 4.1 引言
• 4.2 数学模型
• 4.3 数据统计分析
• 4.3.1 统计平均曲线及其特点
• 4.3.2 统计曲线的变异系数
• 4.4 数据回归分析
• 4.4.1 回归方法
• 4.4.2 回归结果
• 4.4.3 计算公式的建立
• 4.5 延性需求的计算流程及算例分析
• 4.5.1 延性需求计算流程
• 4.5.2 算例分析
• 4.6 本章小结
• 参考文献
• 第五章 桥墩延性设计方法研究
• 5.1 引言
• 5.2 桥墩位移延性验算
• 5.2.1 抗震规范中位移延性验算公式
• 5.2.2 本文建议的适用于铁路桥梁的位移延性验算
• 5.3 桥墩抗剪强度验算
• 5.3.1 抗剪强度计算公式
• 5.3.2 本文建议的适用于铁路桥梁的抗剪强度验算
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 附录Ⅰ分析采用的地震动记录
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目
• 致谢