可液化场地大跨度桥梁地震响应分析

摘要

在近年来的几次较大地震中，大量的桥梁结构遭到破坏，桥梁结构的抗震安全问题越来越受到人们的重视。地震灾害调查表明:除了地震等级外，桥梁结构所处的场地条件也是影响桥梁结构安全的重要因素之一，对处于可液化场地的桥梁进行抗震分析已经成为一个重要的工程问题。
　　论文针对处于可液化场地的某铁路三跨连续梁-拱组合桥梁，为了考察桩-土相互作用及桩基土液化对结构地震响应的影响，利用ANSYS有限元计算软件，分别建立基于m值法和基于P-Y曲线法的全桩模型Ⅱ和模型Ⅲ，墩底固结模型Ⅰ。并使用ANSYS有限元软件，对各个模型进行振动特性计算分析、地震反应谱和时程计算分析。
　　通过模型Ⅰ和模型Ⅱ对比分析了桩-土相互作用对桥梁振动特性的影响和地震响应的影响。通过模型Ⅱ和模型Ⅲ对比分析了液化土及其非线性对桥梁结构地震响应的影响。结合对结构地震响应的分析总结，指出了该桥的抗震薄弱环节。
　　计算结果表明:3个有限元模型的基本振型相同，面外横向侧弯为该桥的基本振型。全桩模型Ⅱ和Ⅲ前5振型分布特点一致，表明模型对比分析方式和P-Y曲线法应用的合理性。模型Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的一阶频率分别为0.83669、0.51895、0.50278，考虑桩-液化土相互作用后，结构频率降低。拱顶横向位移反应谱计算值分别为0.00518m、0.0211m和0.0216m，时程计算值分别为0.00513m、0.0203m和0.0221m，考虑桩-土相互作用及液化土非线性后，结构关键位置位移响应值进一步增大。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景

1．2 液化场地结构的震害

1．3 桩基桥梁抗震研究现状

1．4 桩-液化土相互作用模拟采用方法

1．5 本文主要研究内容

第2章 桥梁结构地震反应分析方法

2．1 结构振动方程的建立和求解概述

2．1．1 单自由度体系

2．1．2 多自由度体系

2．2 弹性静力法

2．3 反应谱分析法

2．3．1 引述

2．3．2 地震力计算

2．3．3 振型组合方法

2．4 时程分析法

2．4．1 引述

2．4．2 地震力计算

2．4．3 求解方法

2．5 本章小结

第3章 有限元模型的建立

3．1 工程概况

3．2 结构构件的模拟

3．2．1 拱肋和横撑及斜撑的模拟

3．2．2 吊杆的模拟

3．2．3 主梁的模拟

3．2．4 支座的模拟

3．2．5 桥墩和承台的模拟

3．2．6 桩基的模拟

3．3 边界条件的模拟

3．3．1 主梁和吊杆

3．3．2 球形支座

3．3．3 桩-土相互作用模拟

3．4 本章小结

第4章 咸阳西立交特大桥振动特性分析

4．1 模态分析理论

4．2 咸阳西立交特大桥自振频率和振型

4．2．1 模型Ⅰ(墩底固结)振动特性

4．2．2 模型Ⅱ(基于m值法)振动特性

4．2．3 模型Ⅲ(基于P-Y曲线法)振动特性

4．3 本章小结

第5章 咸阳西立交特大桥地震反应谱分析

5．1 抗震设防目标

5．2 抗震设防标准

5．3 规范反应谱

5．4 桥址设计反应谱

5．5 地震输入模式

5．6 反应谱计算结果

5．6．1 模型Ⅰ(墩底固结)位移

5．6．2 模型Ⅰ(墩底固结)内力

5．6．3 模型Ⅱ(基于m值法)位移

5．6．4 模型Ⅱ(基于m值法)内力

5．6．5 模型Ⅲ(基于P-Y曲线法)位移

5．6．6 模型Ⅲ(基于P-Y曲线法)内力

5．7 本章小结

第6章 咸阳西立交特大桥地震响应时程分析

6．1 地震加速度时程的选择

6．1．1 地震动输入

6．1．2 地震动输入模式

6．1．3 地震加速度时程的选定

6．2 阻尼矩阵的确定

6．3 地震动输入时程计算分析

6．3．1 模型Ⅰ(墩底固结)位移

6．3．2 模型Ⅰ(墩底固结)内力

6．3．3 模型Ⅱ(基于m值法)位移

6．3．4 模型Ⅱ(基于m值法)内力

6．3．5 模型Ⅲ(基于P-Y曲线法)位移

6．3．6 模型Ⅲ(基于P-Y曲线法)内力

6．4 本章小结

第7章 计算总结

7．1 可液化场地桩-土相互作用

7．1．1 m值折减法

7．1．2 P-Y曲线法

7．2 液化土对结构振动特性的影晌

7．3 液化土对结构地震响应的影响

7．3．1 液化土对结构位移响应的影响

7．3．2 液化土对结构内力响应的影响

7．4 总结和展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间参加的科研项目