本文選題：跨斷層地震　切入點：深水斜拉橋　出處：《北京交通大學》2016年碩士論文

【摘要】：斷層錯動是地震形成的主要原因,國內外抗震規(guī)范給出了結構物避讓活動斷層的距離及跨越建議措施。由于地形、地貌的限制,或選線設計及建設成本等的約束,采用橋梁形式跨越活動斷層在所難免。近些年來的數次大地震中,多座跨斷層橋梁發(fā)生嚴重破壞或垮塌。目前,國內外對跨斷層橋梁抗震設計的問題仍處于初始研究階段,相關文獻資料較少,相關規(guī)范條例缺乏。隨著越來越多的橋梁結構在高烈度區(qū)建設,開展跨斷層橋梁的抗震研究具有重要的現(xiàn)實意義。本文以某跨斷層大跨度深水斜拉橋為背景,對跨斷層地震動輸入、結構地震響應和損傷等問題進行研究。本文的主要研究工作如下：(1)系統(tǒng)梳理了國內外跨斷層結構抗震分析的研究現(xiàn)狀,總結現(xiàn)階段跨斷層橋梁研究方面存在的問題和不足。根據走滑斷層的地震動特征,采用低頻脈沖和高頻波組合的方式分別合成了不同震級下垂直于斷層(FN)方向和平行于斷層(FP)方向的地震動,并對比了不同方向跨斷層地震動的特征。結果表明,在斷層兩側,FN方向地震動大小相等,方向相同,FP方向地震動大小相等,方向相反；FN方向的加速度譜和速度譜的卓越周期均大于FP方向。(2)以某大跨高樁承臺深水斜拉橋為研究對象,基于OpenSees平臺建立三維非線性精細化模型,并對比分析了土-結構相互作用和入水深度對斜拉橋自振特性的影響。研究表明,斜拉橋前幾階振型均為主梁的振動形態(tài),且自振周期很長；另外,土-結構相互作用和入水深度都會增大斜拉橋自振周期。(3)基于人工合成的跨斷層地面運動,在FN方向和FP方向分別采用一致激勵法和非一致激勵法對深水斜拉橋進行非線性動力分析,分別對比了地震動強度、入水深度、斷層跨越角度及斷層跨越位置等因素對斜拉橋主塔地震響應和損傷分布的影響。研究表明,在考慮上述因素時,動力響應和損傷指數的最大值均出現(xiàn)在主塔塔底,因此,對于跨斷層深水斜拉橋的抗震設計時應特別關注主塔塔底的響應特性。(4)根據斷層跨越時不同角度及位置下斜拉橋動力響應和損傷指數的變化規(guī)律,提出斜拉橋合理斷層跨越角度及跨越位置,為實際工程建設提供理論支持。
[Abstract]:Fault dislocation is the main cause of earthquake formation. The seismic code at home and abroad gives the distance of structures avoiding active faults and the measures for crossing them. Due to the constraints of topography, geomorphology, route selection design and construction cost, etc. It is inevitable to cross active faults in the form of bridges. In recent years, during several large earthquakes, many bridges across faults have been seriously damaged or collapsed. At present, the problem of seismic design of bridges across faults is still in the initial stage of study at home and abroad. As more and more bridge structures are built in high-intensity areas, It is of great practical significance to carry out the seismic research of cross-fault bridges. In this paper, the seismic input of a long-span deep water cable-stayed bridge across faults is taken as the background. The main research work of this paper is as follows: 1) the current situation of seismic analysis of cross-fault structures at home and abroad is systematically reviewed. According to the characteristics of ground motion of strike-slip faults, the existing problems and shortcomings in the research of cross-fault bridges are summarized. The ground motions perpendicular to the direction of fault FN and parallel to the direction of fault FPN are synthesized by the combination of low frequency pulse and high frequency wave respectively, and the characteristics of cross fault ground motion in different directions are compared. The magnitude of ground motion is equal in FN direction and FP direction on both sides of fault. The excellent periods of acceleration spectrum and velocity spectrum in the opposite direction of FN are larger than that in FP direction. Taking a long-span deep water cable-stayed bridge with high pile cap as the research object, a three-dimensional nonlinear refined model is established based on OpenSees platform. The effects of soil-structure interaction and depth of water entry on the natural vibration characteristics of cable-stayed bridge are compared and analyzed. The results show that the first several modes of the cable-stayed bridge are the vibration form of the main beam, and the natural vibration period is very long. Soil-structure interaction and depth of water will increase the natural vibration period of cable-stayed bridge. In the FN direction and FP direction, the nonlinear dynamic analysis of deep water cable-stayed bridge is carried out by using the uniform excitation method and the non-uniform excitation method, respectively, and the intensity of ground motion and the depth of entering water are compared, respectively. The influence of fault crossing angle and fault crossing position on the seismic response and damage distribution of the main tower of cable-stayed bridge is studied. The results show that the maximum of dynamic response and damage index appear at the bottom of the main tower when the above factors are taken into account. For seismic design of deep water cable-stayed bridges across faults, special attention should be paid to the response characteristics of the main tower bottom. (4) according to the dynamic response and damage index of cable-stayed bridges at different angles and positions during fault crossing, the dynamic response and damage index of cable-stayed bridges should be changed. The reasonable crossing angle and location of faults of cable-stayed bridge are put forward to provide theoretical support for practical engineering construction.
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U442.55;U448.27

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本文編號：1690774