不规则地形条件下高墩大跨桥梁的地震反应分析

发布时间：2017-03-19 12:03

  本文关键词：不规则地形条件下高墩大跨桥梁的地震反应分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近十多年来,随着我国经济的快速发展,在西部多山或高原地区,一些重要的交通基础设施相继建成并投入使用。而桥梁作为连通两地的重要基础设施,更是被广泛应用,其中由于西部地区地形高低起伏,十分不规则,因此高墩大跨连续刚构桥是主要的桥梁结构形式。而西部地区多为地震多发区,多次地震表明,不规则地形对地震动有着明显的影响,不同的地形对地震波传播的影响程度不同。而建设在不规则地形上的高墩大跨连续刚构桥在地震作用中,地形效应对其地震反应有较大影响。因此有必要研究高墩大跨连续刚构桥在地形效应影响下的地震反应特征,为该类桥梁抗震及减震设计提供参考,以提高该类桥梁的抗震性能。针对场地地形效应和高墩大跨连续刚构桥的地震反应,本文做了以下几方面的研究工作:(1)总结并讨论了不规则地形对地震动的影响,以及场地地震动模拟、高墩大跨桥梁多点激励的分析方法。探讨了场地模型粘弹性人工边界、透射人工边界的基本原理、地震波的输入方法。以粘弹性人工边界作为场地模型的边界,确定了模型尺寸、单元尺寸、场地介质材料属性,用ANSYS建立了五个场地模型,包括了峡谷地形和突出地面丘陵地形。(2)研究了S波垂直入射下的地形效应对地震动传播的影响,得到地形模型各观测点的地震动加速度,总结了峡谷和丘陵场地地震峰值加速度(PGA)和峰值位移(PGD)变化规律。分析表明,不规则地形对地震动有着十分显著的影响,高程越高的点,其地震动反应也越大;不同地形的场地地震动反应不同,突出地面丘陵各点地震动反应均大于峡谷地形,且坡度较缓的坡面,其地震动反应上升也较缓;不同地震波输入得到的场地地震动反应不同,这与场地模型的自身卓越周期和地震波的频谱特性有关;同一地形,二维与三维模型的分析结果也有差别,从平均意义上讲,三维模型的计算结果要小于二维模型的计算结果。(3)以一实际工程桥梁为背景,基于ANSYS建立了三维有限元梁单元的高墩大跨连续刚构桥模型,以前述三维场地模型观测点得到的地震动加速度作为多点激励的地震动输入,进行结构的动力时程分析,研究地形效应对大跨桥梁地震反应的影响。在纵桥向输入地震波,发现在多点激励下,桥梁地震反应复杂,不同结构部位、不同内力均体现出不一样的规律。总体来看,考虑地形效应进行多点激励输入后,桥墩的地震反应相比于一致激励小,而主梁以及梁墩固结处反应增大。另外,柔性的高墩在多点激励下的地震反应相较于刚度大的低墩更小。因此,地形效应对大跨桥梁地震反应有不同程度的影响,对于复杂地形条件,比如河谷峡谷地形区的桥梁,应该考虑地形效应的影响,并在某些部位加强抗震设计。(4)为对比地形效应对不同桥型地震反应的影响,建立不同曲率半径的高墩曲线桥,同样进行纵桥向的地震波输入,与直线桥进行对比发现,无论是一致激励还是多点激励,曲率半径越大,其地震反应也越大;建立不对称桥梁模型,进行地震反应分析,分析发现,不对称高墩大跨曲线连续刚构桥在地形效应影响下,其敏感程度大于对称曲线桥梁,且在多点激励下不对称桥梁的低墩地震反应会大幅提高。
【关键词】：地形效应 场地模型 高墩大跨连续刚构桥 多点激励
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U442.55
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-13
• 1 绪论13-23
• 1.1 引言13-14
• 1.2 桥梁地震震害14-17
• 1.3 地形效应对地震动的影响研究现状17-18
• 1.3.1 实际观测结果研究18
• 1.3.2 理论研究18
• 1.4 局部场地模型人工边界研究现状18-19
• 1.5 多点激励高墩大跨桥梁研究现状19-22
• 1.5.1 大跨度桥梁地震反应基本分析方法19-20
• 1.5.2 高墩大跨桥梁多点激励地震研究现状20-22
• 1.6 研究目的和研究内容22-23
• 1.6.1 研究目的22
• 1.6.2 研究内容22-23
• 2 场地地震反应分析的基本方法23-35
• 2.1 引言23
• 2.2 人工粘弹性边界23-30
• 2.2.1 粘弹性边界的表达式和运动方程23-24
• 2.2.2 粘弹性边界在ANSYS中的实现24-26
• 2.2.3 粘弹性边界的地震波输入方法26-30
• 2.3 人工透射边界30-32
• 2.3.1 透射公式30-31
• 2.3.2 透射公式与有限元结合31-32
• 2.3.3 透射边界的外源波输入32
• 2.4 粘弹性边界算例验证32-34
• 2.5 本章小结34-35
• 3 不规则地形地震反应分析35-65
• 3.1 引言35
• 3.2 二维及三维场地模型的建立35-43
• 3.3 地震波的选取43-45
• 3.4 各模型地震波入射计算结果45-55
• 3.5 不同地形模型的计算结果分析对比55-59
• 3.5.1 二维场地模型对比55-57
• 3.5.2 三维场地模型对比57-59
• 3.6 同一地形模型的二维与三维计算结果分析对比59-63
• 3.6.1 模型一与模型四的对比59-61
• 3.6.2 模型二与模型五的对比61-63
• 3.7 本章小结63-65
• 4 高墩大跨桥梁多点激励分析方法65-73
• 4.1 引言65
• 4.2 地震动空间变化65-68
• 4.2.1 行波效应65-66
• 4.2.2 失相干效应66-67
• 4.2.3 衰减效应67
• 4.2.4 场地效应67-68
• 4.3 多点激励时程分析方法68-71
• 4.3.1 相对运动法(RMM)68-69
• 4.3.2 基底位移输入法(DM)69
• 4.3.3 大质量法(LMM)69-70
• 4.3.4 大质量法在ANSYS中的实现70-71
• 4.4 结构阻尼71-72
• 4.5 本章小结72-73
• 5 高墩大跨连续刚构桥梁地震反应及参数影响分析73-97
• 5.1 引言73
• 5.2 高墩大跨连续刚构桥分析模型73-76
• 5.2.1 桥梁工程背景73-74
• 5.2.2 桥梁有限元模型74-76
• 5.3 地震动输入76
• 5.4 桥梁自振特性76-79
• 5.4.1 直线刚构桥梁76-77
• 5.4.2 曲线刚构桥梁(曲率半径 2000m)77-79
• 5.5 桥梁地震反应分析79-87
• 5.5.1 直线桥梁反应分析79-82
• 5.5.2 曲线桥梁地震反应分析(曲率半径 2000m)82-84
• 5.5.3 曲线桥梁地震反应分析(曲率半径 2500m)84-85
• 5.5.4 曲线桥梁地震反应分析(曲率半径 1500m)85
• 5.5.5 多点激励与一致激励反应对比分析85-87
• 5.6 不同曲率半径的地震反应分析87-90
• 5.6.1 一致激励下地震反应87-88
• 5.6.2 多点激励下地震反应88-90
• 5.6.3 本节小结90
• 5.7 不对称桥梁地震反应分析90-93
• 5.7.1 不对称直线桥梁地震反应分析91-92
• 5.7.2 不对称曲线桥梁地震反应分析92-93
• 5.8 不对称与对称桥梁地震反应对比93-95
• 5.8.1 1号桥墩对比93-95
• 5.8.2 R值对比95
• 5.9 本章小结95-97
• 6 结论与展望97-99
• 6.1 结论97-98
• 6.2 展望98-99
• 致谢99-101
• 参考文献101-104

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本文编号：256001