考虑多自由度体系效应的桥梁结构抗震强度折减因子研究

摘要

强度折减因子是结构抗震设计中的重要参数，是确定结构体系非弹性强度需求的关键指标，合理的强度折减因子的选取对于发展改进抗震设计方法、提高工程结构的安全性和经济性具有重要意义。
　　目前，基于单自由度体系的强度折减因子研究取得了显著进展，并在世界各主要抗震国家相关规范中得到应用。但是，由于实际结构多阶模态效应的影响，应用基于单自由度结构的强度折减因子进行多自由度结构抗震设计势必存在较大的误差。现有相关研究主要集中于建筑结构，对于桥梁结构考虑多模态放大效应的强度折减因子亟待研究。
　　针对上述问题，本文以理论分析为基础，提出考虑多模态放大效应的强度折减因子放大系数的定义方法，建立考虑高阶模态效应的桥梁等效分析模型，以四类场地下的地震动记录为输入，定量讨论了场地固结条件下基于延性的强度折减因子放大系数、考虑SSI效应的强度折减因子放大系数以及基于损伤性能指标的强度折减因子放大系数，并发展了对应的多自由度桥梁结构抗震设计方法，完成的主要工作如下:
　　1、建立了桥梁结构考虑多自由度效应的强度折减因子的分析方法，对放大系数进行了定义，建立了考虑高阶模态效应的桥梁等效分析模型，采用大型有限元软件与自编程序相结合的手段，编制了不同控制指标下实现结构迭代计算的多个程序。
　　2、以四类场地下的强震记录为输入，开展多工况的非线性动力时程分析，定量讨论了结构变形延性水平、结构周期和场地土类型对固结场地条件下基于延性的强度折减因子放大系数的影响规律，构造并回归了适用于多自由度桥梁结构的强度折减因子放大系数的多参数函数表达式。
　　3、建立考虑土-结相互作用的多自由度桥梁等效模型，对比探讨了SSI效应对强度折减因子放大系数的影响规律，回归提出了考虑SSI效应的桥梁结构强度折减因子放大系数的函数表达式。
　　4、引入损伤性能控制指标，定量讨论了结构损伤性能水平、结构周期和场地土类型对基于损伤性能的强度折减因子放大系数的影响规律及机理，发展了多自由度桥梁结构基于损伤性能的强度折减因子放大系数。
　　5、以上述研究成果为基础，发展了一种考虑结构多自由度体系效应的桥梁结构抗震设计方法，并通过设计实例验证了方法的合理性和必要性。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 研究现状及存在的问题

1．2．1 规范应用现状

1．2．2 单自由度强度折减因子研究现状

1．2．3 考虑多自由度体系效应的强度折减因子研究现状

1．2．4 存在问题

1．3 本文主要研究内容

2 桥梁结构考虑多自由度体系效应的强度折减因子分析方法及计算模型

2．1 单、多自由度结构动力分析的基本理论

2．1．1 单自由度动力计算

2．1．2 多自由度体系动力计算

2．2 分析方法

2．2．1 参数定义

2．2．2 单、多自由度模型对应关系的确定

2．3 多自由度桥墩模型

2．4 计算程序开发

2．4．1 墩底固结模型的VB程序开发

2．4．2 考虑SSI效应模型与损伤模型的VB程序开发

2．5 地震动记录选取

2．6 本章小结

3 墩底固结的多自由度桥墩体系强度折减因子放大系数研究

3．1 结构周期与延性的影响

3．2 场地类型的影响

3．3 放大系数的多参数回归拟合

3．4 不同模型对比

3．4．1 与翟长海模型的对比

3．4．2 与相关研究成果的差异及原因分析

3．5 本章小结

4 考虑SSI效应的多自由度桥墩体系强度折减因子放大系数研究

4．1 SSI效应典型模型及模拟方法

4．1．1 典型模型

4．1．2 模拟方法

4．2 结构周期与延性的影响

4．3 场地类型的影响

4．4 函数拟合

4．5 本章小结

5 基于损伤性能的多自由度桥墩体系强度折减因子放大系数研究

5．1 基于性能的抗震设计损伤指标的确定

5．2 损伤水平与结构周期的影响

5．3 场地类型的影响

5．4 放大系数的多参数回归拟合

5．5 本章小结

6 考虑多自由度体系效应的桥梁结构抗震设计方法

6．1 考虑多自由度体系效应的抗震设计力计算

6．2 考虑多自由度体系效应的桥梁结构抗震设计流程

6．3 8度区桥梁抗震设计实例

6．4 9度区桥梁抗震设计实例

6．5 本章小结

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

作者简历

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