小鱼洞大桥地震倒塌机理分析

论文摘要

本文首先通过对小鱼洞大桥的震害分析以及场地断层调查,推测并分析小鱼洞大桥地震倒塌过程,对该桥梁在汶川地震中的倒塌破坏过程有较为明确、清晰的判断。其次,分别采用修正压力场理论和UCFyber软件,考虑轴力对弯矩、剪力的相互影响,对小鱼洞大桥主拱腿和斜撑端部等易损部位的抗剪能力和抗弯能力进行计算。由于缺乏小鱼洞桥附近的实测地震波数据,从太平洋地震工程研究中心(PEER)的地震波数据库选取5条与小鱼洞桥址附近相同场地条件、相近震级和震中距的已有加速度时程记录。通过小波变换对原始时程记录进行修正,生成与08抗震规范设计反应谱相匹配的人工加速度时程。再次,建立了小鱼洞大桥的有限元模型,并采用08抗震规范E1水准对结构进行弹性反应谱验算,发现结构上均未出现弯曲屈服和剪切破坏；采用与08抗震规范E2水准的设计反应谱相匹配的人工加速度时程记录,对结构进行非线性时程分析,发现主拱腿底、斜撑底及拱肋跨中等易损部位出现弯曲屈服情况,但是除拱肋跨中由于轴向拉力过大导致抗剪能力大大减小而发生剪切屈服外,其他易损部位均未发生剪切脆性破坏。观察和分析了各易损部位塑性铰在非线性时程作用下的破坏状态,对结构的地震损伤进行了评估。最后,针对小鱼洞桥实际震害,对可能的破坏模式进行非线性分析和纵向Pushover分析,考察结构各薄弱部位的塑性铰破坏过程和破坏机理。发现随着纵向位移的不断增加,首先出现屈服的是斜撑,破坏状态为受拉状态下的弯曲屈服。然后,同侧主拱腿底部塑性铰也达到屈服。结构发生应力重分布,并发生严重破坏。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 序论
• 1.1 引言
• 1.2 桥梁结构的倒塌震害
• 1.3 结构地震倒塌分析方法
• 1.4 结构抗倒塌研究现状
• 1.5 问题的提出及论文研究意义
• 1.6 本文的主要工作
• 第2章 小鱼洞桥震害及倒塌过程分析
• 2.1 桥梁震害调查
• 2.2 地表断层位移
• 2.3 推测桥梁的倒塌过程
• 本章小结
• 第3章 易损截面弯曲和剪切性能分析
• 3.1 概述
• 3.2 修正压力场理论
• 3.2.1 修正压力场公式
• 3.2.2 修正压力场理论分析步骤
• 3.3 小鱼洞桥易损截面能力分析
• 3.3.1 易损截面分布
• 3.3.2 易损截面性能分析
• 本章小结
• 第4章 基于小波重构的人工地震波
• 4.1 概述
• 4.2 小波变换基本原理
• 4.2.1 连续小波变换
• 4.2.2 离散小波变换
• 4.3 小波变换在结构地震反应分析中的应用
• 4.3.1 采用小波变换生成人工地震波
• 4.3.2 脉冲响应小波
• 4.3.3 采取的反应谱匹配过程
• 4.4 原始地面运动的选取标准
• 4.5 谱匹配人工地震波的生成
• 4.5.1 计算方法
• 4.5.2 计算结果
• 本章小结
• 第5章 小鱼洞桥抗震性能分析
• 5.1 小鱼洞桥地震破坏模拟计算
• 5.1.1 有限元模型模拟
• 5.1.2 模态分析
• 5.1.3 地震作用下结构的响应
• 5.2 地震下结构破坏状态评估
• 5.2.1 强度破坏状态评估
• 5.2.2 变形破坏状态评估
• 5.3 倒塌模式探讨
• 5.3.1 失去桥台支撑的情况
• 5.3.2 桥梁纵向pushover推倒分析
• 本章小结
• 结论与展望
• 本文的主要工作与结论
• 有待进一步研究的问题
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目