多点地震激励下钢筋混凝土桥梁动力机理研究及随机振动分析

发布时间：2020-03-25 04:55

【摘要】：在地震作用下大跨或多跨桥梁极易发生破坏,目前的桥梁抗震研究中一般认为桥梁在地震时受到的激励为一致激励,即每个支座受到的地震作用是完全一致的,这种假设往往会错估地震作用对桥梁的破坏机制和状态。实际由于真实地震动的随机性和不同场地效应等各种因素的综合影响,使得到达桥梁各个支座上的地震作用是不一样的,即桥梁在地震作用时受到的激励为非一致激励,此时大跨或多跨桥梁的动力响应可能与一致激励时的结果有明显的不同。随着桥梁工程理论研究的不断发展,探讨非一致激励下桥梁的力学机理成为亟需解决的问题。受震源机制、场地效应、地震动传播途径和频散效应等因素的综合影响,使得某点受到的地震动作用均有很强的随机性和不确定性,而目前关于地震动基本特征三要素的表征方法也相对的宏观和粗略,有鉴于此,本文通过进一步探究动态时间规整算法的特性,基于动态时间规整算法提出一种能综合评价不同地震波的波形变化和特性演变规律的指标,系统的考虑了时间差、幅值强度、噪信比和时空分布等因素的影响,得到各个影响因素作用下的动态时间规整距的变化规律,并以此作为人工生成地震的是否合理和标准的评判标准。本文通过对非一致激励下桥梁结构动力方程及其响应的解析解进行分析,得到广义振型参与系数的通用形式,针对不同荷载作用形式下的不同结构形式,得到振型参与系数不同的具体形式。从而得知振型参与系数不仅是与结构形式有关,还与荷载作用形式有关,即振型参与系数的取值是由结构形式和作用的外部荷载作用共同影响的。针对目前桥梁抗震分析中关于非一致激励下的桥梁响应规律研究较少的这一现状,本文分别以三跨和五跨连续梁桥为例,先后以桥梁受横向地震动作用和桥梁受竖向地震动作用,开展了非一致地震激励下桥梁动力响应机理的研究。通过对非一致激励下桥梁动力方程及其响应解析解的推理剖析,得到影响桥梁动力响应的各个因素,通过对各个影响因素的研究将其分为桥梁本身影响的内因和外部作用荷载影响的外因两大类型,其中外因以支座输入的加速度组合和位移组合的分布方式及幅值为主,内因则以跨度比、弹性模量和截面惯性矩的变化为主。以桥梁位移响应为例,得到使得桥梁动力响应出现最不利工况和有利工况时对应的最不利组合和有利组合的分布情况。然后通过程序分析推断出各个不同因素对桥梁动力响应变化规律的影响。对桥梁主梁模型进行动力时程分析,从时域上验证组合效应分布的合理性。最后计算各组合对应DTW距分布关系,得出DTW距分布规律。本文通过编程分析得到最不利工况和有利工况对应的最不利和有利的加速度和位移组合分布情况以后,对桥梁主梁模型进行随机振动分析,从频域上验证了最不利组合、一致激励和有利组合分布情况下桥梁位移响应值的大小关系,从而验证了组合分布效应的合理性和正确性。本文针对目前传统均匀调制地震动模型不能充分表征时频两域的分平稳性,并影响桥梁结构随机振动分析精准度这一现状,建立由多峰平滑包络和非平稳噪声信号点乘而成的非均匀调制地震动模型,该模型能够在时域上充分反映地震动的波动和衰减特性,同时其频谱特征也与真实信号的相接近。在此基础上,建立同时以时间和频率为变量的非平稳地震动演变谱随机模型。分析结果表明以上两种模型在时域和频域的合成精度上均优于均匀调制模型。并通过对真实地震动数据统计得到具有一般共性的统计转换功率谱以及统计转换功率谱加白噪声,通过谱分析对三跨连续梁桥进行竖向激励分析,与传统功率谱激励下的结果对比发现传统功率谱在低阶频率时会放大结构响应,而在高频阶段会低估结构响应。
【图文】：

桥梁破坏

第 1 章绪论第 1 章绪论景及研究意义是生命线工程的重要组成部分，是交通系统的关键设施，的一大自然灾害。每当有地震发生时，，桥梁结构都会或多，不但造成了直接的经济损失和人员伤亡，也严重影响了年来的几次强烈的地震动记录中，均有因为桥梁的破坏甚和影响震后救援工作的实例，如图 1-1 及 1-2 所示，因此特性进行更加深入的了解，尤其是地震动作用的空间变化细化抗震分析和设计研究具有重要的理论和工程意义。

桥梁破坏,救援工作,抗震分析

年来的几次强烈的地震动记录中，均有因为桥梁的破坏甚和影响震后救援工作的实例，如图 1-1 及 1-2 所示，因此特性进行更加深入的了解，尤其是地震动作用的空间变化细化抗震分析和设计研究具有重要的理论和工程意义。图 1-1 1995 阪神地震桥梁破坏Fig. 1-1 Bridge damage of 1995 Kobe earthquake
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U441.3

【参考文献】