桥梁抗震分析中考虑高阶振型影响的pushover分析方法

论文摘要

近几年地震频发,每次大地震均带来大量的人员伤亡和巨大的经济损失。地震不仅导致桥梁结构自身的破坏,而且由于桥梁往往是交通枢纽和生命线工程,它的破坏还会对震后的救灾工作带来显著阻碍,因此桥梁结构的抗震设计、评估及加固是防震减灾的重要课题,具有极其重要的研究意义。Pushover分析方法是一种广泛应用的静力弹塑性地震分析方法,本文在已有研究的基础上,开展了下述主要研究工作:(1)对pushover分析方法的基本原理、求解步骤、侧向荷载分布形式和能力谱方法做了详细的阐述,提出了这种方法在桥梁抗震分析上存在的问题,指明了研究改进的思路和方向。(2)对塑性铰单元和基于纤维截面的非线性梁柱单元做了认真的研究,利用OpenSees有限元分析软件分别建立了基于这两种单元的桥墩模型,并对其分别开展了倒三角荷载分布、均匀荷载分布下的pushover分析,比较了这两种模型在进行pushover分析时的受力特点。研究认为,基于纤维截面的非线性梁柱单元能够相对较合理的描述结构受力状况。(3)对模态pushover分析方法的基本原理、求解步骤、振型选取等做了详细的研究,将其引入到桥梁结构的地震分析之中,以考察模态pushover分析方法在桥梁中的适用性及高阶振型对桥梁结构地震响应的影响。通过对相同上部结构的连续刚构桥设定不同的墩高,分别开展了模态pushover分析、倒三角分布pushover分析、基本振型pushover分析和时程分析。通过分析结果的比较,研究认为对高桥墩连续刚构桥,模态pushover分析方法能得到比不考虑高阶振型的pushover分析方法更为精确的地震分析结果。(4)将模态pushover分析方法与基于位移的抗震评估相结合,评估了120m墩高的连续刚构桥在不同地震强度下的抗震性能,说明模态pushover分析方法应用于桥梁基于位移的抗震评估中是可行的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 地震灾害
• 1.2 桥梁震害及其防震减灾
• 1.2.1 桥梁震害
• 1.2.2 桥梁防震减灾
• 1.3 地震响应分析方法
• 1.3.1 静力法
• 1.3.2 反应谱法
• 1.3.3 时程分析法
• 1.3.4 各种分析方法的总结比较
• 1.4 pushover分析方法
• 1.5 本文研究的目的和主要内容
• 第2章 pushover分析方法概述
• 2.1 前言
• 2.2 pushover分析方法
• 2.2.1 pushover分析方法的基本原理及假定
• 2.2.2 pushover分析方法的求解步骤
• 2.2.3 pushover分析的侧向荷载分布形式
• 2.2.4 pushover曲线等效双折线方法
• 2.3 能力谱方法求性能点
• 2.3.1 方法A求性能点
• 2.3.2 方法B计算性能点
• 2.4 小结
• 第3章 pushover分析模型的选择
• 3.1 前言
• 3.2 塑性铰单元刚度矩阵及纤维截面刚度矩阵
• 3.2.1 塑性铰单元的单元刚度矩阵
• 3.2.2 纤维截面的截面刚度矩阵
• 3.3 实例分析
• 3.3.1 OpenSees简介及有限元模型的建立
• 3.3.2 pushover分析及结果比较
• 3.4 小结
• 第4章 考虑高阶振型影响的模态pushover分析方法
• 4.1 前言
• 4.2 模态pushover分析方法的基本原理及步骤
• 4.2.1 基本原理
• 4.2.2 主要步骤
• 4.2.3 振型的选取
• 4.3 算例分析
• 4.3.1 有限元模型
• 4.3.2 动力特性分析
• 4.3.3 地震时程分析
• 4.3.4 横桥向pushover分析及与时程分析的比较
• 4.4 小结
• 第5章 基于位移的桥梁结构抗震性能评估
• 5.1 前言
• 5.2 桥梁抗震性能评估的极限状态和抗震设防水准
• 5.3 基于位移的抗震性能评估方法
• 5.4 模态pushover分析方法与基于位移的抗震性能评估
• 5.5 小结
• 结论与展望
• 1 研究结论
• 2 有待进一步研究的问题
• 参考文献
• 致谢