地震波斜入射时土—基

发布时间：2017-03-22 19:09

  本文关键词：地震波斜入射时土—基础—桥梁相互作用分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在地震作用下,不仅桥梁结构自身与地基土之间存在相互作用,而且相邻基础间也会有相互作用存在。研究分析这种相互作用的作用机理和影响规律,对桥梁抗震具有重要意义。本文的主要工作如下:(1)本文运用显式有限元方法结合透射人工边界模拟土体,结构采用隐式时步积分方法,提出了一种分析三维土-结构动力相互作用的高效时域直接法。通过坐标变换,可以考虑地震波以空间角度(以两个角度描述)入射情形。(2)采用所提出的方法,模拟了单跨桥模型在三种不同的地震波(SH波、P波和SV波),不同入射角度情形时的土-结相互作用响应,分析了13种工况下单跨桥的运动规律。由于入射波行波效应,端墙和基础呈现出三种非常有特点的运动形式即对称运动、反对称运动和挥舞运动。这些运动形式决定了入射波结束后,桥梁自由振动的主要振型。(3)分析了入射波类型、入射角度、桥梁与土体相对刚度、基础与被基础替代土体质量比、桥梁与被基础替代土体质量比等因素的影响,并通过示例阐示了地震波斜入射时土-桥梁相互作用的效应。(4)建立了高原大桥土-结相互作用的三维模型,通过示例证明本文采用的方法可以计算更加复杂的桥梁模型。
【关键词】：地震波 土-基础-桥梁相互作用 显-隐式积分方法 有限元法 多次透射人工边界 桥梁抗震
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U442.55
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 注释表13-14
• 第一章 绪论14-29
• 1.1 引言14-16
• 1.1.1 地震作用14-15
• 1.1.2 刚性地基假定15
• 1.1.3 土-结构相互作用15
• 1.1.4 行波效应15-16
• 1.2 土-结构相互作用的国内外研究现状16-21
• 1.2.1 国外研究现状16-18
• 1.2.2 国内研究现状18-19
• 1.2.3 土-基础-桥梁动力相互作用研究现状19-21
• 1.3 土-结构相互作用的分析方法和试验研究21-23
• 1.3.1 分析方法21-22
• 1.3.2 试验研究22-23
• 1.4 行波效应分析方法23-26
• 1.4.1 拟静力位移法23-24
• 1.4.2 大刚度法24-25
• 1.4.3 大质量法25-26
• 1.5 本文的研究目的和主要内容26-29
• 1.5.1 研究目的和意义26
• 1.5.2 各章主要内容26-28
• 1.5.3 论文框架28-29
• 第二章 三维土-结构相互作用时域直接法基本理论29-44
• 2.1 引言29
• 2.2 地震波29-31
• 2.2.1 地震波的特性29-30
• 2.2.2 地震波一维波动方程30-31
• 2.3 土体的运动31-40
• 2.3.1 土体的尺寸及离散31-32
• 2.3.2 土体内节点的运动32-36
• 2.3.3 透射人工边界节点的运动36-40
• 2.4 上部结构的运动40
• 2.5 基础的运动40-43
• 2.5.1 土体对基础的作用力40-41
• 2.5.2 上部结构对基础的作用力41
• 2.5.3 基础的运动41-43
• 2.6 时域直接法的基本步骤43-44
• 第三章 地震波入射单跨桥动力响应44-69
• 3.1 引言44
• 3.2 计算模型44-47
• 3.2.1 单跨桥参数44-45
• 3.2.2 单跨桥振型和频率45
• 3.2.3 入射地震波45-46
• 3.2.4 无量纲频率46-47
• 3.2.5 土体的离散化47
• 3.3 SH波入射土-基础-桥梁相互作用分析47-56
• 3.3.1 CASE1（SH,θ_1 =θ_2=0°）48-51
• 3.3.2 CASE2（SH,θ_1 =90°,θ_2=0°）51-52
• 3.3.3 CASE3（SH,θ_1 =0°,θ_2=90°）52-53
• 3.3.4 CASE4（SH,θ_1 =θ_2=90°）53-55
• 3.3.5 CASE5（SH,θ_1 =θ_2=45°)55-56
• 3.4 SV波入射土-基础-桥梁相互作用分析56-61
• 3.4.1 CASE6（SV,θ_1 =θ_2=0°）57
• 3.4.2 CASE7（SV,θ_1 =30°,θ_2=0°）57-59
• 3.4.3 CASE8（SV,θ_1=θ_2=30°）59-61
• 3.5 P波入射土-基础-桥梁相互作用分析61-68
• 3.5.1 CASE9（P,θ_1=θ_2=0°）62-63
• 3.5.2 CASE10（P,θ_1=90°,θ_2=0°）63-64
• 3.5.3 CASE11（P,θ_1 =0°,θ_2=90°）64-65
• 3.5.4 CASE12（P,θ_1=θ_2=90°）65-66
• 3.5.5 CASE13（P,θ_1=θ_2=45°)66-68
• 3.6 本章小结68-69
• 第四章 土-基础-桥梁相互作用影响参数分析69-88
• 4.1 引言69
• 4.2 计算模型及无量纲参数69-70
• 4.2.1 计算模型69
• 4.2.2 无量纲参数69-70
• 4.3 SH波入射单跨桥参数分析70-76
• 4.3.1 基础响应分析70-75
• 4.3.2 结构响应分析75-76
• 4.4 SV波入射单跨桥参数分析76-81
• 4.4.1 基础响应分析76
• 4.4.2 结构响应分析76-81
• 4.5 P波入射单跨桥参数分析81-87
• 4.5.1 基础响应分析81-86
• 4.5.2 结构响应分析86-87
• 4.6 本章小结87-88
• 第五章 高原大桥示例分析88-102
• 5.1 引言88-89
• 5.2 高原大桥设计及震害介绍89-90
• 5.2.1 高原大桥设计参数89
• 5.2.2 高原大桥震害89-90
• 5.3 高原大桥动力响应分析模型90-91
• 5.4 位移脉冲入射高原大桥动力响应分析91-97
• 5.4.1 SH波入射高原大桥动力响应分析91-93
• 5.4.2 SV波入射高原大桥动力响应分析93-95
• 5.4.3 P波入射高原大桥动力响应分析95-97
• 5.5 实测地震波入射高原大桥动力响应分析97-101
• 5.6 本章小结101-102
• 第六章 结论与展望102-104
• 6.1 全文小结102-103
• 6.2 展望103-104
• 参考文献104-108
• 致谢108

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