多点激励作用下大跨度斜拉桥地震反应研究

摘要

地震是一种破坏力极强的自然灾害现象，发生频繁且难以预测。作为关键性交通枢纽工程的斜拉桥，一旦遭受毁坏，将会造成严重的直接和间接生命财产损失，并且随着近年来大跨度斜拉桥建设项目的兴起，对其抗震分析方面的研究更是显得迫切且必要。
　　对于跨度长达数百米甚至上千米的斜拉桥，基于一致激励假设的地震反应分析方法已经不能满足要求，还须考虑地震动随时间和空间的变异性后进行多点激励作用下的地震反应分析。
　　本文围绕大跨度斜拉桥地震反应分析进行了如下几方面的工作:
　　首先，介绍了空间相关非平稳人工地震波合成的理论和数值模拟方法。其中，主要阐述了人工地震波合成的基本理论和具体方法，并介绍了分别用于考虑地震动空间相关性和非平稳性的相干函数和相位差谱函数理论，基于这些理论本文采用MATLAB编制了空间相关非平稳人工地震波的合成程序，并将程序所合成的人工地震波应用于本文相关地震反应分析;
　　其次，阐述了大跨度斜拉桥的几何非线性问题及其有限元分析方法;介绍了大跨度斜拉桥动力计算分析的建模方法;基于非线性有限元理论，建立和推导了一致激励和多点激励作用下多自由度体系的非线性运动方程，并详细阐述了直接积分法求解运动方程的具体推导过程和步骤;基于相关理论，本文采用MATLAB编制了斜拉桥几何非线性平面杆系有限元静力计算程序和地震反应动力时程分析程序。
　　最后，以一座大跨度斜拉桥为工程背景，以自编程序为分析工具，对其进行了一致激励、行波效应和多点激励地震作用下的地震反应分析，得出了一些对工程有益的结论，为大跨度斜拉桥的工程抗震分析提供了一些参考和依据。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 斜拉桥发展及特点概述

1．1．1 斜拉桥的发展

1．1．2 斜拉桥的特点

1．2 研究背景

1．3 大跨度斜拉桥抗震研究现状

1．3．1 结构地震响应分析方法

1．3．2 人工地震波的合成及多点地震输入

1．3．3 大跨度斜拉桥多点激励地震响应研究

1．3．4 国内外抗震分析软件的应用

1．4 本文研究的主要目的和内容

第2章 人工地震波及其数值模拟

2．1 傅里叶变换及地震动特性参数

2．1．1 傅里叶变换

2．1．2 地震动特性参数

2．2 人工地震波合成的理论及方法

2．2．1 地震动空间相关性与相干函数

2．2．2 功率谱模型

2．2．3 地震动的非平稳性及相位差谱

2．3 空间相关非平稳地震波的数值模拟及实例分析

2．3．1 人工地震波的拟合公式推导

2．3．2 数值模拟流程及程序实现

2．3．3 人工地震波的合成实例

2．4 本章小结

第3章 斜拉桥地震反应动力时程分析程序设计

3．1 斜拉桥的几何非线性及其静力计算程序

3．1．1 斜拉桥的几何非线性

3．1．2 几何非线性问题的数值分析方法

3．1．3 斜拉桥几何非线性有限元静力计算程序

3．1．4 算例验证

3．2 斜拉桥动力分析建模

3．2．1 动力分析模型

3．2．2 质量矩阵

3．2．3 阻尼矩阵

3．3 一致激励地震反应分析运动方程的建立及其数值求解

3．3．1 运动方程及其数值解法

3．3．2 几何非线性动力方程及其数值解法

3．4 多点激励地震反应分析运动方程的推导及其数值模拟

3．4．1 运动方程的推导

3．4．2 拟静力位移的求解

3．5 本文程序介绍

3．6 算例验证

3．7 本章小结

第4章 大跨度斜拉桥多点激励地震反应分析

4．1 工程概况

4．2 结构模型

4．3 成桥恒载状态索力计算及动力特性分析

4．4 一致激励作用下地震反应分析

4．4．1 一致地震动输入

4．4．2 纵向一致激励地震反应分析

4．4．3 纵向+竖向一致激励地震反应分析

4．4．4 塔梁刚度对抗震性能的影响

4．4．5 反应谱法与时程分析法计算结果对比

4．4．6 不同结构体系大跨度斜拉桥抗震性能的对比

4．4．7 采用主梁纵向拉杆对抗震性能的影响

4．5 多点激励作用下地震反应分析

4．5．1 多点激励地震动输入

4．5．2 纵向输入行波效应分析

4．5．3 纵向输入多点激励分析

4．6 本章小结

第5章 结论及展望

5．1 结论

5．2 展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士期间参与科研实践项目

攻读硕士期间论文发表情况