基于拟力法的桥梁结构地震响应分析

摘要

桥梁结构是交通系统的重要工程结构，是生命线工程的关键部分，在地震发生后的紧急救援和抗震救灾、灾后重建中有着极其重要的地位。近年来，桥梁结构在地震灾害中破坏严重，大大的影响了震后救灾工作，造成了严重的人员伤亡，并带来了巨大的经济损失。所以，分析桥梁结构的地震响应是至关重要的。目前，桥梁结构的动力弹塑性分析主要为有限元方法，如成熟的大型有限元分析软件ANSYS、Midas以及SAP2000等。但有限元方法分析中刚度矩阵不断发生变化，需要大量的矩阵迭代运算，同时存在计算时长、稳定性等问题，不利于桥梁结构的动力弹塑性分析。所以，在已有分析方法的基础上，对于新方法的研究迫在眉睫。
　　本文主要基于拟力法的基本理论，结合桥梁结构非线性变形特点，从而应用拟力法分析桥梁结构的动力弹塑性响应，并将分析结果与有限元软件SAP2000的动力响应进行对比分析，证实基于拟力法的非线性分析具有准确性和有效性。桥梁结构的非线性分析推导中，考虑钢筋混凝土开裂引起的刚度变化不利影响，并应用MATLAB编程计算。主要内容包括以下三部分:
　　1.介绍拟力法基本理论。以目前国内外学者对拟力法理论的研究现状和研究成果为前提，详细阐述了拟力法基本理论。根据拟力法基本理论，推导了基于拟力法的结构地震响应的计算过程和非线性分析中需要注意的问题。
　　2.在拟力法基本理论的基础上，结合桥梁结构地震响应变形特点，进行了桥梁结构的地震非线性响应分析。首先介绍了桥梁结构非线性变形特点（如塑性铰位置等），考虑钢筋混凝土开裂引起的刚度降低影响，然后推导了基于拟力法的桥梁结构非线性响应计算过程;其次利用MATLAB软件编程，分析了某五跨桥梁结构的动力弹塑性响应，并对响应结果进行了分析和总结。
　　3.对桥梁结构进行有限元分析，并将响应结果与拟力法非线性分析结果对比，得出论文的研究结论。利用大型有限元软件SAP2000分析桥梁结构的动力弹塑性响应，并将响应结果（位移、速度、加速度、塑性变形和塑性铰等）与拟力法分析结果对比分析，从而验证了拟力法在桥梁结构非线性分析中的有效性和准确性。