考虑桩-土-结构动力相互作用的高墩大跨桥梁地震反应分析

摘要

桥梁工程作为交通路线上重要的枢纽，其抗震性能直接关乎人民日常生活和震后抗震救灾工作的大局，相关的抗震研究倍受重视。目前，桥梁抗震的研究工作大多未考虑桩-土-结构动力相互作用的影响，在复杂地震动作用下考虑桩-土-结构动力相互作用的地震反应更是难以预测，尤其是高墩大跨度桥梁，准确把握其抗震性能具有重要的现实意义与工程价值。因此，本文基于有限元数值分析方法，深入研究考虑桩-土-结构动力相互作用的高墩大跨度桥梁在复杂地震动下的地震反应，具体工作如下：
　　（1）在查阅大量国内外文献的基础上，掌握桩-土-结构动力相互作用的机理、对理论方法及研究方法做了系统的回顾与总结。
　　（2）浅析当前强大且开源的有限元软件OpenSees的构架机理和文中所用到的相关材料与单元，以及对SHAKE91程序使用方法的介绍，为以后学者的使用起到一定参考作用。
　　（3）基于有限元软件OpenSees建立三维桩-土不同接触方式的模型，研究不同建模方式模拟效果及优劣，建议单桩时可以采用多点接触模型，群桩时可以采用中心点接触模型。
　　（4）利用动力p-y曲线法建立考虑桩-土-结构动力相互作用的桥梁简化模型，对其进行参数的敏感性分析以及对近场土体的非线性分析，验证了模型的合理性，可知，动力p-y曲线分析模型可以用来模拟桥梁在考虑桩-土-结构动力相互作用的地震反应。
　　（5）基于上述两种建模方法建立高墩大跨的固接模型和考虑桩-土-结构动力相互作用模型，并对其在水平与竖向耦合地震动和仅水平地震动两种作用形式下的地震响应进行对比分析，可知，考虑桩-土-结构动力相互作用及竖向地震动是有必要的。
　　综上所述，本文通过对考虑桩-土-结构动力相互作用的高墩大跨度桥梁在复杂地震动下的地震反应，可知，对高墩大跨桥梁进行抗震设计与研究时必须考虑桩-土-结构动力相互作用及竖向地震动。文中使用的建模、模拟、分析方法、所得结论在实际工程设计与研究中有一定的参考价值。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究意义

1.2 桩-土-结构动力相互作用的基本概念

1.3 桩-土-结构相互作用国内外研究的进展

1.4 桩-土-结构相互作用的分析方法

1.5 桥梁结构地震反应分析方法

1.6 本文研究内容

1.7 技术路线

第2章 OpenSees及SHAKE91软件概述

2.1 OpenSees简介

2.2 OpenSees的组成

2.3 SHAKE91简介

2.4 本章小结

第3章 基于OpenSees三维桩土不同接触方式建模对比研究

3.1 引言

3.2 理论分析

3.3 模型分析与建立

3.4 地震动输入

3.5 结果分析与对比

3.6 本章小结

第4章 三维桩-土-桥梁结构动力相互作用的简化模型及动力响应敏感性分析

4.1 Boulanger模型分析

4.2 桩-土-桥梁结构动力相互作用模型的验证与建立

4.3 求解及敏感性分析

4.4 本章小结

第5章 三维桩-土-结构动力相互作用的高墩大跨桥梁在水平与水平及竖向耦合地震动下的对比分析

5.1 概述

5.2 工程背景

5.3 有限元模型的建立

5.4 地震动的选取与输入

5.5 固接模型和PSSI模型数值模拟结果对比分析

5.6 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

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