多维多点激励下连续刚构桥地震反应分析

论文摘要

桥梁结构是公路、铁路等交通系统的重要设施,而地震则是危害人类社会的一大自然灾害。每次大的地震都会使桥梁结构遭受到不同程度的破坏,造成了巨大的经济损失和人员伤亡。现有的桥梁设计规范通常只考虑一致地震动输入并通常基于刚性地基假定,而实际上,众多研究表明,在进行桥梁抗震设计时,考虑地震动的多维多点输入及土-桩-结构动力相互作用效应才更接近于桥梁的实际工作状态。本文在桥梁抗震理论和土-桩-结构动力相互作用理论研究的基础上,结合重庆广阳岛大桥工程实例,系统地研究了桥墩高差和土-桩-结构动力相互作用对多维多点激励下连续刚构桥地震反应的影响。基于刚性地基假定,采用桥梁有限元分析专用软件MIDAS/civil,建立了四个桥墩高差不同的连续刚构桥有限元模型,并选取了1978年MIYAGI-Coast地震记录和台站CWB99999 HWA005、台站CWB99999 HWA032所记录到的1999年台湾集集地震记录分别作为地震动输入,对四个模型进行了动力时程分析,研究了桥墩高差和行波效应对连续刚构桥地震反应的影响。采用改进的Penzien集中质量模型,并将其扩展到三维空间,建立了考虑土-桩-结构动力相互作用效应的计算模型,比较了墩底固结模型和考虑土-桩-结构动力相互作用模型的动力特性的差异;采用MIYAGI-Coast地震记录和两个台站所记录到的台湾集集地震记录,计算得到了考虑土-桩-结构动力相互作用模型中的结构内力响应,并与墩底固结模型中的结构内力响应做了对比分析,研究了土-桩-结构动力相互作用对多维多点激励下连续刚构桥地震反应的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 大跨度桥梁结构多维多点输入及抗震的研究现状
• 1.2.1 大跨度桥梁结构地震动输入问题的研究现状
• 1.2.2 大跨度桥梁结构多维多点激励地震反应分析的研究现状
• 1.3 土-桩-结构动力相互作用的研究现状与应用
• 1.3.1 土-桩-结构动力相互作用的概念
• 1.3.2 土-桩-结构动力相互作用的研究进展
• 1.3.3 土-桩-结构动力相互作用的分析方法
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 多维多点激励地震反应分析方法
• 2.1 引言
• 2.2 多点激励下地震反应分析方法
• 2.2.1 静力理论
• 2.2.2 反应谱理论
• 2.2.3 动力时程分析法理论
• 2.2.4 随机振动理论
• 2.2.5 四种分析方法的比较
• 2.3 多点激励下的动力平衡方程
• 2.3.1 加速度输入时多点激励下的动力平衡方程
• 2.3.2 位移输入时多点激励下的动力平衡方程
• 2.4 结构阻尼矩阵的形成
• 2.5 本章小结
• 第3章 桥墩高差对多维多点激励下连续刚构桥地震反应的影响
• 3.1 引言
• 3.2 结构模型及自振特性
• 3.2.1 工程概况
• 3.2.2 结构和构件的有限元建模
• 3.2.3 桥梁的自振特性分析
• 3.3 地震动的选取及输入方式
• 3.3.1 地震动的选取
• 3.3.2 地震动的输入方式
• 3.3.3 结构反应评价指标的选取
• 3.4 地震反应结果及分析
• 3.4.1 桥墩墩高存在高差时结构的内力响应随视波速的变化
• 3.4.2 一致激励时四个模型的内力响应对比
• 3.4.3 输入HWA005 和HWA032 记录时四个模型的内力响应对比
• 3.5 本章小结
• 第4章 桩土作用对多维多点激励下连续刚构桥地震反应的影响
• 4.1 引言
• 4.2 土-桩-结构动力相互作用分析模型
• 4.2.1 Penzien集中质量模型
• 4.2.2 本文采用的改进模型
• 4.2.3 模型参数的确定
• 4.3 重庆广阳岛大桥土-桩-结构动力相互作用有限元模型
• 4.3.1 重庆广阳岛大桥地基基础概况及地质条件
• 4.3.2 结构和构件的有限元模拟
• 4.4 地震反应结果及分析
• 4.4.1 桩土相互作用有限元模型的模态分析
• 4.4.2 桩土相互作用模型中结构的内力响应随视波速的变化
• 4.4.3 不同视波速下桩土作用与墩底固结模型的内力响应对比
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢