本文關鍵詞：不規(guī)則地形條件下高墩大跨橋梁的地震反應分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近十多年來,隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展,在西部多山或高原地區(qū),一些重要的交通基礎設施相繼建成并投入使用。而橋梁作為連通兩地的重要基礎設施,更是被廣泛應用,其中由于西部地區(qū)地形高低起伏,十分不規(guī)則,因此高墩大跨連續(xù)剛構橋是主要的橋梁結構形式。而西部地區(qū)多為地震多發(fā)區(qū),多次地震表明,不規(guī)則地形對地震動有著明顯的影響,不同的地形對地震波傳播的影響程度不同。而建設在不規(guī)則地形上的高墩大跨連續(xù)剛構橋在地震作用中,地形效應對其地震反應有較大影響。因此有必要研究高墩大跨連續(xù)剛構橋在地形效應影響下的地震反應特征,為該類橋梁抗震及減震設計提供參考,以提高該類橋梁的抗震性能。針對場地地形效應和高墩大跨連續(xù)剛構橋的地震反應,本文做了以下幾方面的研究工作:(1)總結并討論了不規(guī)則地形對地震動的影響,以及場地地震動模擬、高墩大跨橋梁多點激勵的分析方法。探討了場地模型粘彈性人工邊界、透射人工邊界的基本原理、地震波的輸入方法。以粘彈性人工邊界作為場地模型的邊界,確定了模型尺寸、單元尺寸、場地介質材料屬性,用ANSYS建立了五個場地模型,包括了峽谷地形和突出地面丘陵地形。(2)研究了S波垂直入射下的地形效應對地震動傳播的影響,得到地形模型各觀測點的地震動加速度,總結了峽谷和丘陵場地地震峰值加速度(PGA)和峰值位移(PGD)變化規(guī)律。分析表明,不規(guī)則地形對地震動有著十分顯著的影響,高程越高的點,其地震動反應也越大;不同地形的場地地震動反應不同,突出地面丘陵各點地震動反應均大于峽谷地形,且坡度較緩的坡面,其地震動反應上升也較緩;不同地震波輸入得到的場地地震動反應不同,這與場地模型的自身卓越周期和地震波的頻譜特性有關;同一地形,二維與三維模型的分析結果也有差別,從平均意義上講,三維模型的計算結果要小于二維模型的計算結果。(3)以一實際工程橋梁為背景,基于ANSYS建立了三維有限元梁單元的高墩大跨連續(xù)剛構橋模型,以前述三維場地模型觀測點得到的地震動加速度作為多點激勵的地震動輸入,進行結構的動力時程分析,研究地形效應對大跨橋梁地震反應的影響。在縱橋向輸入地震波,發(fā)現(xiàn)在多點激勵下,橋梁地震反應復雜,不同結構部位、不同內(nèi)力均體現(xiàn)出不一樣的規(guī)律。總體來看,考慮地形效應進行多點激勵輸入后,橋墩的地震反應相比于一致激勵小,而主梁以及梁墩固結處反應增大。另外,柔性的高墩在多點激勵下的地震反應相較于剛度大的低墩更小。因此,地形效應對大跨橋梁地震反應有不同程度的影響,對于復雜地形條件,比如河谷峽谷地形區(qū)的橋梁,應該考慮地形效應的影響,并在某些部位加強抗震設計。(4)為對比地形效應對不同橋型地震反應的影響,建立不同曲率半徑的高墩曲線橋,同樣進行縱橋向的地震波輸入,與直線橋進行對比發(fā)現(xiàn),無論是一致激勵還是多點激勵,曲率半徑越大,其地震反應也越大;建立不對稱橋梁模型,進行地震反應分析,分析發(fā)現(xiàn),不對稱高墩大跨曲線連續(xù)剛構橋在地形效應影響下,其敏感程度大于對稱曲線橋梁,且在多點激勵下不對稱橋梁的低墩地震反應會大幅提高。
【關鍵詞】：地形效應 場地模型 高墩大跨連續(xù)剛構橋 多點激勵
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U442.55
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-13
• 1 緒論13-23
• 1.1 引言13-14
• 1.2 橋梁地震震害14-17
• 1.3 地形效應對地震動的影響研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3.1 實際觀測結果研究18
• 1.3.2 理論研究18
• 1.4 局部場地模型人工邊界研究現(xiàn)狀18-19
• 1.5 多點激勵高墩大跨橋梁研究現(xiàn)狀19-22
• 1.5.1 大跨度橋梁地震反應基本分析方法19-20
• 1.5.2 高墩大跨橋梁多點激勵地震研究現(xiàn)狀20-22
• 1.6 研究目的和研究內(nèi)容22-23
• 1.6.1 研究目的22
• 1.6.2 研究內(nèi)容22-23
• 2 場地地震反應分析的基本方法23-35
• 2.1 引言23
• 2.2 人工粘彈性邊界23-30
• 2.2.1 粘彈性邊界的表達式和運動方程23-24
• 2.2.2 粘彈性邊界在ANSYS中的實現(xiàn)24-26
• 2.2.3 粘彈性邊界的地震波輸入方法26-30
• 2.3 人工透射邊界30-32
• 2.3.1 透射公式30-31
• 2.3.2 透射公式與有限元結合31-32
• 2.3.3 透射邊界的外源波輸入32
• 2.4 粘彈性邊界算例驗證32-34
• 2.5 本章小結34-35
• 3 不規(guī)則地形地震反應分析35-65
• 3.1 引言35
• 3.2 二維及三維場地模型的建立35-43
• 3.3 地震波的選取43-45
• 3.4 各模型地震波入射計算結果45-55
• 3.5 不同地形模型的計算結果分析對比55-59
• 3.5.1 二維場地模型對比55-57
• 3.5.2 三維場地模型對比57-59
• 3.6 同一地形模型的二維與三維計算結果分析對比59-63
• 3.6.1 模型一與模型四的對比59-61
• 3.6.2 模型二與模型五的對比61-63
• 3.7 本章小結63-65
• 4 高墩大跨橋梁多點激勵分析方法65-73
• 4.1 引言65
• 4.2 地震動空間變化65-68
• 4.2.1 行波效應65-66
• 4.2.2 失相干效應66-67
• 4.2.3 衰減效應67
• 4.2.4 場地效應67-68
• 4.3 多點激勵時程分析方法68-71
• 4.3.1 相對運動法(RMM)68-69
• 4.3.2 基底位移輸入法(DM)69
• 4.3.3 大質量法(LMM)69-70
• 4.3.4 大質量法在ANSYS中的實現(xiàn)70-71
• 4.4 結構阻尼71-72
• 4.5 本章小結72-73
• 5 高墩大跨連續(xù)剛構橋梁地震反應及參數(shù)影響分析73-97
• 5.1 引言73
• 5.2 高墩大跨連續(xù)剛構橋分析模型73-76
• 5.2.1 橋梁工程背景73-74
• 5.2.2 橋梁有限元模型74-76
• 5.3 地震動輸入76
• 5.4 橋梁自振特性76-79
• 5.4.1 直線剛構橋梁76-77
• 5.4.2 曲線剛構橋梁(曲率半徑 2000m)77-79
• 5.5 橋梁地震反應分析79-87
• 5.5.1 直線橋梁反應分析79-82
• 5.5.2 曲線橋梁地震反應分析(曲率半徑 2000m)82-84
• 5.5.3 曲線橋梁地震反應分析(曲率半徑 2500m)84-85
• 5.5.4 曲線橋梁地震反應分析(曲率半徑 1500m)85
• 5.5.5 多點激勵與一致激勵反應對比分析85-87
• 5.6 不同曲率半徑的地震反應分析87-90
• 5.6.1 一致激勵下地震反應87-88
• 5.6.2 多點激勵下地震反應88-90
• 5.6.3 本節(jié)小結90
• 5.7 不對稱橋梁地震反應分析90-93
• 5.7.1 不對稱直線橋梁地震反應分析91-92
• 5.7.2 不對稱曲線橋梁地震反應分析92-93
• 5.8 不對稱與對稱橋梁地震反應對比93-95
• 5.8.1 1號橋墩對比93-95
• 5.8.2 R值對比95
• 5.9 本章小結95-97
• 6 結論與展望97-99
• 6.1 結論97-98
• 6.2 展望98-99
• 致謝99-101
• 參考文獻101-104

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