【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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　　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(dòng)。多維指的是地震動(dòng)包括三個(gè)平動(dòng)和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)分量：多點(diǎn)，又稱為非一致激勵(lì)或者地震地面運(yùn)動(dòng)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(dòng)一般是不同的，包括行波效應(yīng)、部分相干效應(yīng)和局部場(chǎng)地土效應(yīng)等。對(duì)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(duì)多維多點(diǎn)地震動(dòng)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(dòng)對(duì)減、隔震橋梁的影響分析等五個(gè)方面進(jìn)行了研究，完成了以下主要研究?jī)?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(dòng)模擬算法。該方法基于已有的三維實(shí)際地震動(dòng)利用小波變換修正擬合反應(yīng)譜得到三維人造地震動(dòng)時(shí)程曲線。求解過(guò)程中引入快速小波變換法，大大減少了計(jì)算量。另外，研究了多維多點(diǎn)的隨機(jī)模型，針對(duì)以往研究中未考慮多點(diǎn)地震動(dòng)不同點(diǎn)不同地震動(dòng)分量之間相干性的問(wèn)題，利用SMART．I臺(tái)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(dòng)分量之間的相干性較弱，隨頻率的變化趨勢(shì)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(dòng)時(shí)程記錄模擬的方法?！　?2)針對(duì)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(shí)程反應(yīng)分析時(shí)的主方向問(wèn)題，推導(dǎo)給出了多維地震時(shí)程分析主方向的求解公式。利用本文方法，僅通過(guò)兩次時(shí)程分析就可以很方便的求得單維和雙向地震動(dòng)作用下曲線橋地震反應(yīng)的主方向，大大減少了計(jì)算量。最后，對(duì)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(duì)關(guān)鍵部位的內(nèi)力和位移沿最不利角度輸入進(jìn)行計(jì)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(duì)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??；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(jì)時(shí)可不考慮；另外，擬靜力效應(yīng)對(duì)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(duì)斜拉橋可能造成不安全的估計(jì)。由此給出了斜拉橋考慮多維多點(diǎn)地震反應(yīng)的簡(jiǎn)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(shí)的最大值，用于抗震設(shè)計(jì)以保證結(jié)構(gòu)的安全?！　?4)對(duì)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(lì)下的響應(yīng)特征進(jìn)行對(duì)比研究，分析了由于“彎”對(duì)剛構(gòu)橋抗震性能帶來(lái)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(duì)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(duì)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(duì)地震響應(yīng)有利；橋墩越高對(duì)地震響應(yīng)一般更有利；跨數(shù)增加對(duì)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(lì)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(lì)下的半主動(dòng)控制分析，重點(diǎn)探討了多維多點(diǎn)縫震激勵(lì)以及地震輸入的不同強(qiáng)度對(duì)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(lì)對(duì)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(lì)角度和多點(diǎn)激勵(lì)效應(yīng)是相互耦合的。建議在確定半主動(dòng)控制系統(tǒng)的參數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮多維多點(diǎn)地震激勵(lì)的影響，并在激勵(lì)角度沿著曲線橋弦向方向輸入時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以保證結(jié)構(gòu)的控震效果。此外，利用非線性時(shí)程分析法對(duì)鉛芯橡膠支座隔震橋梁在多點(diǎn)地震激勵(lì)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(chǎng)地±效應(yīng)對(duì)體系的影響規(guī)律。研究表明，采用傳統(tǒng)的一致激勵(lì)假設(shè)，可能低估橋梁的響應(yīng)；三種影響因素中，局部場(chǎng)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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