山区梁式桥抗震性能分析及桥墩push-over分析

论文摘要

近年来,随着我国桥梁工程事业的迅速发展,山区桥梁也越来越多,梁式桥是采用较多的一种结构形式。山区桥梁地质条件复杂,在地震作用下,容易遭到破坏,其是否能满足抗震要求至关重要。有鉴于此,本文以湖南邵怀高速公路上安江沅水大桥为工程背景,针对该桥的抗震性能做了以下几个方面的工作:（1）综述了桥梁的抗震设计理论、抗震的研究现状以及存在的问题。重点介绍了基于位移的抗震设计思想以及基于静力推倒（push-over）分析的桥梁抗震性能评价方法。对桥梁基本情况做了介绍,并建立了有限元计算模型。（2）分析了连续刚构桥的动力特性,得到了自振频率和振动模态,在此基础上,采用弹性反应谱理论对其进行了地震反应分析,获得了地震反应的内力。基于ANSYS的APDL语言,编制了计算程序,对安江沅水大桥进行时程反应分析。选取产生效应最大的EI-centro波分两种工况进行分析,即纵向+竖向输入和横向+竖向输入。（3）对比分析了一致激励和行波效应对连续刚构桥动力响应的影响,行波效应对结构的位移和内力影响不显著,变化最大的为弯矩,达到了16.01%,从而该桥址处该桥的地震反应计算可以不考虑行波效应的影响。（4）对比分析了该桥址处两种不同的结构体系（连续刚构桥和连续梁桥）在反应谱分析和动力时程分析（包括一致激励、行波效应）下的结构反应,结果表明该桥址处设计为连续梁桥是可行的。（5）对双柱式桥墩进行纵向静力推倒（push-over）分析,得到墩顶纵向位移和墩底总水平剪力之间的关系曲线,转化成能力谱。根据范立础模型对设计加速度反应谱进行折减,得到弹塑性需求谱。将能力谱曲线与需求谱曲线绘制在同一张图中,对刚构桥的抗震性能进行评价。（6）调查分析了山区桥梁的地质灾害和我国汶川地震桥梁震害,并根据病害形式提出了相应的对策和研究重点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 桥梁震害分析
• 1.2 桥梁抗震分析的基本理论
• 1.2.1 弹性静力法
• 1.2.2 反应谱法
• 1.2.3 非线性静力Pushover分析
• 1.2.4 时程分析法
• 1.2.5 随机振动法
• 1.3 基于性能和位移的抗震设计
• 1.3.1 基于性能抗震设计思想的发展
• 1.3.2 基于性能抗震设计思想的研究内容
• 1.3.3 基于位移的抗震设计
• 1.4 连续刚构桥抗震现状研究
• 1.5 本文的研究背景和主要内容
• 第2章 地震动输入及有限元模型的建立
• 2.1 概述
• 2.2 地震动特征
• 2.2.1 振幅
• 2.2.2 频谱特性
• 2.2.3 持续时间
• 2.3 抗震设防目标
• 2.4 地震动输入
• 2.4.1 地震动加速度时程
• 2.4.2 非一致激励模型
• 2.4.3 地震波积分计算
• 2.4.4 本文的地震动输入
• 2.4.5 地震反应分析的主要步骤
• 2.4.6 土对桩的作用
• 2.5 动力计算模型
• 2.5.1 实桥简介
• 2.5.2 有限元模型的建立
• 2.6 本章小结
• 第3章 动力特性及反应谱分析
• 3.1 概述
• 3.2 多自由度体系的结构动力特性计算
• 3.3 结构动力特性分析
• 3.4 反应谱分析
• 3.4.1 单质点体系最大地震力计算
• 3.4.2 多质点体系最大地震力计算
• 3.4.3 安江阮水大桥地震反应谱分析
• 3.4.4 反应谱计算结果分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 安江阮水大桥动力时程反应分析
• 4.1 概述
• 4.2 多自由度体系的地震运动方程及求解
• 4.2.1 非一致地震动输入下桥梁结构地震动方程
• 4.2.2 结构时程分析中的阻尼取值
• 4.2.3 结构地震响应分析的直接积分法
• 4.3 安江沉水大桥地震响应分析
• 4.3.1 一致激励地震响应分析
• 4.3.2 非一致激励地震响应分析
• 4.4 两种桥梁结构体系地震反应分析比较
• 4.4.1 反应谱分析比较
• 4.4.2 一致激励地震反应分析比较
• 4.4.3 非一致激励地震反应分析比较
• 4.5 本章小结
• 第5章 桥墩push-over分析
• 5.1 概述
• 5.2 push-over分析方法的基本原理
• 5.2.1 基本原理
• 5.2.2 基本假定
• 5.2.3 实施步骤
• 5.2.4 研究进展
• 5.3 能力谱方法
• 5.3.1 能力谱方法计算过程
• 5.3.2 多自由度体系向单自由度体系的转化
• 5.3.3 等效线性体系
• 5.4 结构能力曲线的计算
• 5.4.1 侧向力分布模式
• 5.4.2 能力谱的转换
• 5.5 基于设计反应谱的需求谱的建立
• 5.6 双柱式桥墩纵桥向push-over分析
• 5.6.1 双柱式桥墩纵向静力弹塑性分析模型
• 5.6.2 push-over分析能力曲线
• 5.6.3 抗震性能评价
• 5.7 本章小结
• 第6章 山区桥梁地质灾害及震害调查与对策
• 6.1 概述
• 6.2 地质灾害调查与处治
• 6.2.1 公路桥梁的滑坡病害
• 6.2.2 公路桥梁软土病害
• 6.2.3 泥石流病害
• 6.2.4 岩溶病害
• 6.3 地震灾害
• 6.3.1 地震震害现象调查
• 6.3.2 地震震害对策
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 致谢