非平穩(wěn)地震激勵下山區(qū)高墩橋梁隨機(jī)響應(yīng)計(jì)算理論及應(yīng)用研究.pdf

1、中國西部山區(qū)鐵路的發(fā)展使得大量高墩橋梁不斷涌現(xiàn)，對于這部分橋梁基本上都超出了規(guī)范的要求屬于非規(guī)則橋梁，具體表現(xiàn)為墩高、墩高差較大、大跨度、曲率半徑小等特點(diǎn)。隨機(jī)振動法是未來抗震分析方法發(fā)展的必然趨勢，但是由于理論復(fù)雜性和計(jì)算效率低下而未在實(shí)際工程得到充分應(yīng)用?；谝陨蟽牲c(diǎn)，本文主要解決的問題就是如何利用隨機(jī)振動理論來對山區(qū)高墩橋梁做抗震分析，同時，使得隨機(jī)振動法可以在實(shí)際工程中應(yīng)用，不局限于任何固定結(jié)構(gòu)形式，所以本文將高效的虛擬激勵法、

2、絕對位移求解法和精細(xì)積分法與具有強(qiáng)大前后處理功能的通用有限元軟件ANSYS相結(jié)合，基于APDL語言進(jìn)行二次開發(fā)，在ANSYS中實(shí)現(xiàn)對山區(qū)高墩橋梁遭受多維多點(diǎn)平穩(wěn)/非平穩(wěn)隨機(jī)地震激勵下的隨機(jī)響應(yīng)分析，求解方便，便于在實(shí)際工程中應(yīng)用。
　　本文首先回顧了國內(nèi)外大跨度高墩橋梁的發(fā)展以及隨機(jī)振動理論在大跨度橋梁抗震分析中的應(yīng)用，然后介紹了虛擬激勵法在大跨度橋梁動力計(jì)算中的作用和應(yīng)用，以及學(xué)者們探索虛擬激勵法與通用有限元相結(jié)合的過程。從而，

3、說明了隨機(jī)振動理論在工程中的應(yīng)用是能實(shí)現(xiàn)的和必然的。
　　第二章為了將多維多點(diǎn)平穩(wěn)隨機(jī)理論應(yīng)用到實(shí)際工程中，運(yùn)用絕對位移直接求解多維多點(diǎn)激勵地震動響應(yīng)方程的方法，從理論上將一維的多點(diǎn)地震激勵擴(kuò)展到三維地震激勵模型，避免了計(jì)算靜力影響矩陣的繁瑣，提出了多維多點(diǎn)平穩(wěn)地震激勵在ANSYS快速模擬方法，并通過數(shù)值算例驗(yàn)證其計(jì)算準(zhǔn)確性和精度，將平穩(wěn)隨機(jī)振動轉(zhuǎn)換為諧分析，操作方便，可詳細(xì)地考慮地震動的空間效應(yīng)（行波效應(yīng)、場地效應(yīng)和相干效應(yīng)）對

4、山區(qū)高墩橋梁地震響應(yīng)的影響。
　　第三、四章介紹了一個非平穩(wěn)隨機(jī)振動理論的分析方法，該方法是運(yùn)用虛擬激勵法來分析遭受多維空間變化地面運(yùn)動激勵的大跨結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，同時，研究了局部場地效應(yīng)對高墩鐵路橋梁的地震響應(yīng)的影響。絕對位移直接求解與虛擬激勵法結(jié)合克服了傳統(tǒng)的虛擬激勵法的缺點(diǎn)，其實(shí)質(zhì)的數(shù)學(xué)理論是一致的。為了將該理論應(yīng)用到大而復(fù)雜的結(jié)構(gòu)抗震分析中，先在通用有限平臺上進(jìn)行應(yīng)用和驗(yàn)證，然后用來分析局部場地效應(yīng)和地震動的非平穩(wěn)性對高墩鐵

5、路橋梁的影響。得出的關(guān)鍵性結(jié)論將應(yīng)用到高墩鐵路橋梁設(shè)計(jì)和抗震分析中。
　　為了進(jìn)一步提高非平穩(wěn)隨機(jī)振動的計(jì)算效率，第五章提出了將精細(xì)積分方法與多維多點(diǎn)激勵的直接求解的虛擬激勵法相結(jié)合的方法，運(yùn)用精細(xì)積分方法來計(jì)算每一個固定頻率點(diǎn)下的瞬態(tài)分析，僅需計(jì)算兩個瞬態(tài)分析就可以得到所有頻率點(diǎn)下的響應(yīng)時程，迅速地提高了計(jì)算效率。同時，提出了在通用有限元軟件快速模擬的方法，這樣既提高了計(jì)算效率，又傳承了直接求解多維多點(diǎn)非平穩(wěn)虛擬激勵法的所有優(yōu)點(diǎn)