考虑局部地形影响的曲线梁桥地震输入方向与地震响应研究

摘要

近十几年来，我国地震频发，尤其是西部地区，这给人们的生命财产安全带来了威胁。桥梁作为人民的生命线工程，一旦被地震破坏，对道路的交通及后续的救援工作将会产生重大的影响。本文就山区中常见的曲线梁桥抗震设计中，考虑地震波影响的最不利输入方向展开了相关的模拟试验的研究，以望对今后的抗震设计中起到参考作用，本文就下述三个方面展开了相关研究工作：　　（1）通过阅读国内外的相关文献，归纳了桥梁地震响应分析方法及地震动空间响应规律。　　（2）通过建立了三个不同跨径的三跨曲线梁桥模型，采用有限元分析的方法，建立了基于效应分量及合响应量两种最不利输入方向的判定准则，探究了多点输入对曲线梁桥最不利输入方向的影响，结果表明：当多点输入使各支撑位置地震动产生一定的相位差时会导致曲线梁桥的最不利输入方向产生明显改变，但随着视波速的逐渐增加其最不利输入方向将会同一致输入时趋于一致。　　（3）通过建立三个不同的三维场地模型，基于粘弹性人工边界理论，探讨考虑局部地形下的地震动的影响及对曲线梁桥地震响应的影响，结果表明：不论是P波还是SV波入射在考虑局部地形后地表地震动均会呈现放大效应，就整个坡体而言地表响应并非完全随着坡度的增加而逐渐增加，但是不论哪个坡度情况下均会大于平整场地的地震响应。曲线梁桥的地震响应会随着地形坡度的逐渐增加而增加，同时产生最大响应处会出现在坡顶或坡脚对应的桥墩处。　　（4）通过对于局部地形下地震动的影响研究成果，建立相应地形情况下的曲线梁桥模型，基于效应分量及合响应量两种不同的最不利输入方向的判定准则，探讨在局部地形下曲线梁桥的地震最不利输入方向。结果表明：局部地形下曲线梁桥的最不利输入方向会发生改变，同时会随着地形坡度的逐渐增加其最不利输入方向变化的幅度会逐渐减少。并且发现局部地形产生的地形效应并不是曲线梁桥最不利输入方向改变的主要原因，其最不利输入方向的改变更多是因为地形变化后桥梁自身结构形式的变化。

目录

第一章 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.2 研究现状

1.2.1 曲线梁桥地震响应分析现状

1.2.2 桥梁结构多点激励研究现状

1.2.3 曲线梁桥的地震最不利输入方向研究现状

1.3 本文的研究内容

第二章 桥梁地震响应分析方法及地震动空间变化

2.1 桥梁地震响应有限元分析方法简介

2.2.1 静力法

2.2.2 反应谱法

2.2.3 动态时程分析法

2.2地震动空间变化

2.2.1 行波效应

2.2.2 相干效应

2.2.3 衰减效应

2.2.4 局部场地效应

2.3 本章小节

第三章 多点激励下曲线梁桥地震最不利输入方向的研究

3.1 引言

3.2 模型概况

3.2.1 地震波选取

3.2.2 工况设置

3.3 基于效应分量的最不利判定准则

3.3.1 边墩墩底弯矩

3.3.2 中墩墩底弯矩

3.3.3 边墩墩梁相对位移

3.3.4 中墩墩梁相对位移

3.4 基于合响应的最不利判定准则

3.4.1 边墩墩底合弯矩

3.4.2 中墩墩底合弯矩

3.4.3 边墩墩梁相对合位移

3.4.4 中墩墩梁相对合位移

3.5 本章小节

第四章 考虑局部地形影响的曲线梁桥地震响应分析

4.1 引言

4.2 粘弹性人工边界

4.2.1 粘弹性人工边界等效荷载的一般表达

4.2.2 三维模型等效荷载的具体表达形式

4.2.3 粘弹性人工边界验证

4.3 局部地形对地震动的影响

4.3.1 P波入射结果分析

4.3.2 SV波入射结果分析

4.4 局部地形对曲线梁桥地震响应的影响

4.4.1 有限元模型建立

4.4.2 地震动输入

4.4.3 桥梁动力响应分析

4.5 本章小节

第五章 局部地形下曲线梁桥的地震最不利输入方向

5.1 模型概况

5.2 基于效应分量的最不利判定准则

5.2.1 墩底弯矩

5.2.2 墩梁相对位移

5.3 基于合响应的最不利判定准则

5.3.1 墩底合弯矩

5.3.2 墩梁相对合位移

5.4 本章小节

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

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