考虑土-结动力相互作用和多点输入的桥梁非线性地震响应分析

摘要

美国洛杉矶、日本神户、台湾集集等大地震中，一些按照现有抗震规范设计的现代桥梁震害仍然十分突出，表明这类新兴的现代化工程结构的抗震设计理论和方法还需要进一步的研究和改进。本文针对桥梁地震响应分析中的土．结动力相互作用、地震动多点输入和隔震支座的影响主要进行了以下几方面的工作： 1)．将集总参数模型与时域递归模型相结合，提出了一种可完整考虑基础阻抗函数中奇异性特征和正则性特征的时域地基阻抗力的计算方法，该方法将当前时刻的时域地基阻抗力的分解表述为2项有明确物理意义的阻抗力之代数和，一是由弹簧阻尼器集总参数模型代表的瞬态影响的阻抗力部分，另一部分是由前几个时步的虚拟力和位移值表示的反映延续影响的虚拟力部分； 2)．对外源波动问题中的局部地形效应数值模拟方法进行了研究，借助通用有限元软件实现了斜入射瞬态平面波(P波、SV波和SH波)条件下的外源波动问题的数值模拟。将人工边界上的波动场分解为无局部场地效应影响的自由场与局部场地效应引起的散射场两部分，无限域介质中的波传播在人工边界的影响通过将自由场转换为施加在人工边界上的应力场，方便了在通用有限元软件中实现，且可充分利用通用有限元软件的强大求解器和前后处理功能；推导了自由场波动作用在粘弹性人工边界节点上所需要施加的节点荷载公式；计算了地震波斜入射条件下考虑局部地形影响的空间地震动场； 3)．讨论了隔震支座几种恢复力模型的力学特性，分别采用双线性模型、 Bouc-Wen模型和双向耦合Park模型来模拟桥梁的隔震支座，编制了动力分析程序，对一座三跨连续隔震桥梁进行双向地震响应分析并与未隔震情况进行对比，分析结果表明：隔震支座可以有效地降低系统的位移和内力响应，改善桥梁的抗震性能。隔震支座的滞回曲线的控制参数对隔震桥梁动力响应有一定影响，但屈服前后刚度比与屈服荷载对隔震支座的性能起决定作用； 4)．提出了考虑土．结动力相互作用和地震动多点输入效应的全桥非线性地震响应分析方法，并对一桥梁简化模型进行了计算分析。结果表明，在桥梁抗震验算中土-结动力相互作用效应和地震动多点输入效应具有重要的影响。

目录

文摘

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声明

第1章绪论

1.1课题的研究背景

1.2桥梁结构的震害

1.3国内外研究现状

1.3.1桥梁结构地震响应分析方法研究现状

1.3.2桥梁土-结动力相互作用研究现状

1.3.3地震动多点输入研究现状

1.3.4桥梁部件非线性特性的研究现状

1.4本文的主要内容

第2章地基阻抗力的时域计算方法

2.1引言

2.2基础阻抗函数的定义

2.3数字滤波器

2.4递归算法的稳定条件

2.5递归参数拟合中的参数敏感性

2.5.1直接Ⅰ型结构

2.5.2并联型结构

2.5.3直接型与并联型之间的转换

2.6递归参数的计算

2.6.1权重函数

2.6.2递归参数计算中的遗传-单纯形法

2.6.3递归参数计算程序实现

2.7数值算例

2.8本章小结

第3章考虑土-结相互作用的结构动力响应分析

3.1引言

3.2考虑土-结相互作用的结构动力分析方法

3.3群桩基础结构系统

3.3.1基础阻抗函数的频域拟合

3.3.2三维地震荷载作用下的反应

3.3.3竖向简谐荷载作用下的反应

3.4表面刚性圆盘基础

3.4.1基础阻抗函数的频域拟合

3.4.2三维地震荷载作用下的结构响应

3.5本章小结

第4章外源斜入射条件下波动问题的数值模拟方法

4.1引言

4.2近场波动模拟中的人工边界

4.2.1局部人工边界的研究现状

4.2.2粘弹性边界及其在ANSYS中的实现

4.3外源斜入射条件下波动问题的自由场边界条件

4.4数值算例

4.5桥址场地多点地震动输入的数值模拟

4.5.1计算模型

4.5.2地震动输入

4.5.3结果分析

4.6本章小结

第5章隔震支座对桥梁非线性地震响应的影响

5.1引言

5.2隔震支座的恢复力模型

5.2.1双线性滞变恢复力模型

5.2.2圆滑型Bouc-Wen模型

5.2.3强度退化模型

5.2.4双向耦合Park模型

5.3恢复力模型的有限元实现

5.4数值算例

5.5本章小结

第6章考虑土-结动力相互作用和多点激励影响的全桥整体非线性地震响应分析

6.1引言

6.2地震动多点输入下考虑土-结动力相互作用的桥梁非线性地震响应分析方法

6.3计算模型

6.4整桥地震响应分析

6.5本章小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

参加的科研项目及获得的奖励

致谢