【博士】大跨橋梁多維多點(diǎn)地震反應(yīng)分析研究【2008】

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內(nèi)容簡介

　　學(xué)科專業(yè)：結(jié)構(gòu)工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：大連理工大學(xué)　　學(xué)位年度： 2008年　　理論研究和震害經(jīng)驗(yàn)都表明，地震是復(fù)雜的多維多點(diǎn)運(yùn)動。多維指的是地震動包括三個平動和三個轉(zhuǎn)動分量：多點(diǎn)，又稱為非一致激勵或者地震地面運(yùn)動的空間變化等，指的是結(jié)構(gòu)各支承如果相距較遠(yuǎn)，所承受的地震地面運(yùn)動一般是不同的，包括行波效應(yīng)、部分相干效應(yīng)和局部場地土效應(yīng)等。對于大跨橋梁，研究其在多維多點(diǎn)地震作用下的反應(yīng)特性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文對多維多點(diǎn)地震動輸入，曲線橋多維地震反應(yīng)分析，多維多點(diǎn)反應(yīng)譜法及大跨斜拉橋地震反應(yīng)特性，高墩大跨曲線連續(xù)剛構(gòu)橋多維多點(diǎn)地震敏感參數(shù)分析以及多維多點(diǎn)地震動對減、隔震橋梁的影響分析等五個方面進(jìn)行了研究，完成了以下主要研究內(nèi)容：　　(1)提出一種基于小波變換的擬合規(guī)范反應(yīng)譜的多維地震動模擬算法。該方法基于已有的三維實(shí)際地震動利用小波變換修正擬合反應(yīng)譜得到三維人造地震動時程曲線。求解過程中引入快速小波變換法，大大減少了計算量。另外，研究了多維多點(diǎn)的隨機(jī)模型，針對以往研究中未考慮多點(diǎn)地震動不同點(diǎn)不同地震動分量之間相干性的問題，利用SMART．I臺陣的地震記錄，分析了其相干函數(shù)的值的范圍，研究表明：不同點(diǎn)不同地震動分量之間的相干性較弱，隨頻率的變化趨勢不明顯，可假定為常數(shù)。最后，給出了多維多點(diǎn)人工地震動時程記錄模擬的方法?！　?2)針對曲線橋這種不規(guī)則結(jié)構(gòu)，研究了其在單維以及多維地震時程反應(yīng)分析時的主方向問題，推導(dǎo)給出了多維地震時程分析主方向的求解公式。利用本文方法，僅通過兩次時程分析就可以很方便的求得單維和雙向地震動作用下曲線橋地震反應(yīng)的主方向，大大減少了計算量。最后，對比分析了SUM法、SRSS法以及百分比準(zhǔn)則等組合方法的準(zhǔn)確性。研究結(jié)果表明，采用各種組合方法不一定能得到保守的結(jié)果，建議對關(guān)鍵部位的內(nèi)力和位移沿最不利角度輸入進(jìn)行計算?！　?3)將Kiureghiall給出的MSRS多點(diǎn)反應(yīng)譜方法推廣至多維多點(diǎn)領(lǐng)域，利用MATLAB編寫了大跨橋梁多維多點(diǎn)反應(yīng)譜法的程序，研究了大跨斜拉橋在多維多點(diǎn)地震作用下的反應(yīng)特性。研究結(jié)果表明，豎向多點(diǎn)地震反應(yīng)分析對斜拉橋放大作用最大，縱向多點(diǎn)地震反應(yīng)分析次之，橫向多點(diǎn)地震反應(yīng)分析影響最小；相比行波效應(yīng)的影響，部分相干效應(yīng)的影響較小，初步設(shè)計時可不考慮；另外，擬靜力效應(yīng)對橋梁內(nèi)力影響有限；不考慮同一點(diǎn)和不同點(diǎn)不同分量之間的相干性對斜拉橋可能造成不安全的估計。由此給出了斜拉橋考慮多維多點(diǎn)地震反應(yīng)的簡化方法。最后，提出利用遺傳算法求出多維多點(diǎn)反應(yīng)譜法參數(shù)變化時的最大值，用于抗震設(shè)計以保證結(jié)構(gòu)的安全。　　(4)對高墩大跨徑曲線連續(xù)剛構(gòu)橋和高墩大跨徑直線連續(xù)剛構(gòu)橋在多維多點(diǎn)地震激勵下的響應(yīng)特征進(jìn)行對比研究，分析了由于“彎”對剛構(gòu)橋抗震性能帶來的影響；然后深入研究了橫系粱的設(shè)置、橋墩高度、橋梁跨數(shù)等敏感參數(shù)對橋梁抗震性能的影響。研究表明：“彎”的效應(yīng)可放大主梁的地震響應(yīng)，而對主墩地震響應(yīng)影響較??；在滿足穩(wěn)定性的條件下不設(shè)系粱或者少設(shè)系梁對地震響應(yīng)有利；橋墩越高對地震響應(yīng)一般更有利；跨數(shù)增加對橋梁主墩地震響應(yīng)并不敏感；多維多點(diǎn)地震效應(yīng)可減小主墩的地震響應(yīng)，面較大的放大主梁的地震響應(yīng)?！　?5)利用SIMULINK仿真工具箱建立了橋梁在多維多點(diǎn)地震激勵下的減震控制分析模型。研究了曲線橋在多維多點(diǎn)地震激勵下的半主動控制分析，重點(diǎn)探討了多維多點(diǎn)縫震激勵以及地震輸入的不同強(qiáng)度對結(jié)構(gòu)減震效糶的影響規(guī)律。研究結(jié)果表嚷，多維多點(diǎn)地震激勵對結(jié)構(gòu)的減震效果影響顯著，可能顯著降低橋梁的預(yù)期減震率。激勵角度和多點(diǎn)激勵效應(yīng)是相互耦合的。建議在確定半主動控制系統(tǒng)的參數(shù)時，應(yīng)考慮多維多點(diǎn)地震激勵的影響，并在激勵角度沿著曲線橋弦向方向輸入時進(jìn)行設(shè)計，以保證結(jié)構(gòu)的控震效果。此外，利用非線性時程分析法對鉛芯橡膠支座隔震橋梁在多點(diǎn)地震激勵下的反應(yīng)規(guī)律進(jìn)行了探索。研究了行波效應(yīng)、部分相干效應(yīng)以及局部場地±效應(yīng)對體系的影響規(guī)律。研究表明，采用傳統(tǒng)的一致激勵假設(shè)，可能低估橋梁的響應(yīng)；三種影響因素中，局部場地土條件的差異影響最大，行波效應(yīng)次之，部分相于效應(yīng)的影響最小?！　?

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