多点激励下大跨度钢拱桥的地震响应分析

论文摘要

历次地震中大量桥梁震害暴露出了桥梁抗震设计中存在的缺陷和不足，尤其是1995年阪神地震后，钢结构桥梁严重的震害现象引起了桥梁界的广泛关注。为此，研究桥梁的地震响应规律是建立合理抗震体系，采取有效抗震措施的科学根据。本文在总结国内外有关研究的基础之上，对一座总跨度为380米的中承式大型跨海钢拱桥进行了地震响应分析。利用ANSYS有限元程序建立其计算模型，并基于大跨度桥梁的抗震设计理论，运用时程分析法对其进行了罕遇地震作用下的地震响应分析研究，针对大跨度钢拱桥抗震设计中的关键问题，分析了材料非线性特性对桥梁上部结构地震动响应的影响，并结合非线性因素，分析了多点激励效应对桥梁上部结构的影响。对该拱桥进行弹性地震响应分析时，采用了沿桥轴线方向和铅直方向两种地震动组合的输入方式，将分析结果与相应结构所允许的最大弹性响应值进行比较，从而确定进入塑性区的梁单元，在此基础上考虑上述部件的非线性要素，对结构进行非线性地震响应分析。在参考线性分析结果的同时，根据该大跨度钢拱桥在罕遇地震作用下的内力响应和位移响应两方面对其进行抗震性能的研究。就多点激励下大跨度钢拱桥地震响应与一致激励下大跨度钢拱桥地震响应进行了对比，并讨论了不同波速对拱桥的影响。结果发现：行波效应对大跨度钢拱桥的影响显著。分析结果表明行波对于行波方向的位移影响比较大，在其它两个方向影响较小；行波效应对内力的影响也十分显著。总体来说行波产生的影响对拱桥来说是不利的，因此在大跨度钢拱桥的地震响应分析中考虑行波效应是十分必要的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 桥梁结构震害
• 1.2 拱桥结构发展历史
• 1.2.1 拱桥结构概述
• 1.2.2 拱桥的基本结构类型
• 1.2.3 中承式系杆拱桥的力学特性
• 1.3 研究意义及研究内容
• 1.3.1 研究意义
• 1.3.2 研究内容
• 2 桥梁结构动力学及非线性分析理论
• 2.1 结构抗震理论的发展历史
• 2.2 影响大跨度桥梁地震响应分析的主要因素
• 2.2.1 几何非线性的影响
• 2.2.2 材料非线性的影响
• 2.2.3 多点激励的影响
• 2.2.4 阻尼的影响
• 2.2.5 地基与结构相互作用的影响
• 2.3 多点激励地震响应分析方法
• 2.3.1 时程分析法
• 2.3.2 随机振动法
• 2.3.3 反应谱分析方法
• 2.3.4 功率谱法
• 2.3.5 Push-over 分析法
• 3 大跨度钢拱桥的自振特性分析
• 3.1 桥梁的模态反应分析方法
• 3.2 自振特性分析
• 3.2.1 工程介绍
• 3.2.2 空间有限元计算模性的建立
• 3.2.3 自振特性
• 4 一致激励下大跨度钢拱桥的地震响应分析
• 4.1 地震动输入方法
• 4.1.1 地震动输入方法
• 4.1.2 所选地震波及选择依据
• 4.2 弹性地震响应分析
• 4.2.1 位移及加速度时程结果及分析
• 4.2.2 内力时程结果及分析
• 4.2.3 应力－应变时程结果及分析
• 4.3 弹塑性地震响应分析
• 4.3.1 引入非线性材料参数
• 4.3.2 弹塑性地震响应计算
• 4.3.3 非线性特性对位移的影响分析
• 4.3.4 非线性特性对内力的影响分析
• 4.3.5 应力－应变时程分析
• 5 多点激励下拱桥的地震响应分析
• 5.1 多点输入动力平衡方程
• 5.1.1 地震加速度输入时多点激励动力平衡方程
• 5.1.2 地震位移输入时多点激励动力平衡方程
• 5.2 考虑行波效应的地震响应分析方法
• 5.3 考虑行波效应的大跨度拱桥地震响应分析
• 5.3.1 行波效应对位移的影响
• 5.3.2 行波效应对内力的影响
• 5.3.3 抗震安全性判断
• 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢