对多维多点激励下大跨度刚构桥的线性与非线性分析.pdf

中文摘要 中文摘要 摘要：随着桥梁工程技术的飞速发展，桥梁的跨径越来越大，桥墩越来越高，导致体系 也越来越柔，这对大跨度桥梁的抗震设计提出了新的挑战。刚构桥作为桥梁工程中广泛 使用的桥型，也在向高墩大跨发展。由于目前对于桥梁的抗震设计均是基于一致激励的， 而对于大跨度桥梁，由于地震波的行波效应、不相干效应以及局部场地效应的影响，桥 梁各墩处的地面运动并不一致，因此，研究多点激励下大跨度桥梁的地震响应规律具有 很重要的意义。 本文首先对既有的分析模型与原理进行了归纳总结，为之后的计算分析奠定了理论 基础。然后以一五跨连续刚构桥为例，采用有限元软件ANSYS对其进行了功率谱分析， 分析中分别考虑了地震动行波效应、不相干效应以及局部场地效应单独与联合作用下刚 构桥的地震响应规律。其次合成了基于功率谱模型与相关函数模型的多维多点人工地震 波，并采用该人工地震波对刚构桥进行了多维多点激励的线性与非线性时程分析。最后 对直线刚构桥与曲线刚构桥在多维多点激励下的地震响应进行了对比研究。论文主要结 论包括以下几点： 1、局部场地效应对刚构桥地震响应的影响是很明显的，在实际工程中采用不随空 变化的场地土特性进行抗震验算有可能使刚构桥趋于不利；不相干效应的影响较小；单 独考虑行波效应时，刚构桥墩底弯矩的地震响应往往较一致激励时的小；相对而言，行 波效应对刚构桥墩顶弯矩的影响要大于对墩底弯矩的影响；考虑行波效应以后，刚构桥 的高阶振型有可能被激起； 2、综合考虑了局部场地效应、不相干效应与行波效应以后，刚构桥桥墩的地震响 应有可能比一致激励的大，也有可能比一致激励的小，而主梁的响应通常高于一致激励 的结果； 3、合成了多维多点人工地震动时程，并在同时考虑了材料非线性与几何非线性以 后对刚构桥进行了多维多点激励非线性时程分析，结果证明多维多点激励下各方向地震 动会有耦合的现象，刚构桥的地震响应并不等于单向地震响应的简单叠加；考虑了非线 性以后刚构桥墩顶部位比墩底部位形成了更为饱满的塑性铰滞回环，建议在实际工程中 重视刚构桥墩顶截面的延性设计； 4、获得了水平地震波一维多点输入与二维多点输入时，针对曲线刚构桥某个地震 响应的最不利输入角度公式，依据该公式可以方便的找到地震波平面一维多点输入与二 维多点输入时针对曲线刚构桥某个地震响应量的最不利输入角度精确值； 5、三维多点激励下曲线刚构桥桥墩与主梁的横向弯矩通常比直线桥梁的小，而桥 墩的纵向弯矩与主梁的竖向弯矩往往比直线桥的大。 关键词：大跨度刚构桥：行波效应；地震响应；功率谱；时程分析；塑性铰 分类号：U24 ABSTRACT ABSTRACT of ofbridges the engineering，thespans ABSTRACT：Withdevelopmentbridge rapid becomeand areoften becomeand higherhigher,Therefore，systems largerlarger，andpiers toseismic of thanever．Whichnew longspanbridges． moreflexible bringchallenges design arealso towards flame largespans Asa used type，rigidbridges developin