大跨度斜拉橋多點(diǎn)激勵(lì)效應(yīng)研究.pdf

1、近年來(lái),斜拉橋因其經(jīng)濟(jì)上、結(jié)構(gòu)上與建筑造型諸方面的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),受到橋梁工程界的日益重視,不論是在國(guó)內(nèi)、還是在國(guó)外都得到了迅速的發(fā)展.橋梁作為生命線工程,一旦在地震中發(fā)生破壞,將會(huì)造成巨大的生命和財(cái)產(chǎn)損失,所以其抗震設(shè)計(jì)就顯得尤為重要.地震波在向四周傳播的過(guò)程中,不僅有時(shí)間上的變化特性,而且存在著明顯的空間變化特性.傳統(tǒng)上,對(duì)大多數(shù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震反應(yīng)分析時(shí)都忽略了地震動(dòng)的空間變化特性.對(duì)于平面尺寸比較小的結(jié)構(gòu),忽略地震動(dòng)的空間變化特性是能夠滿

2、足其抗震設(shè)計(jì)要求的.但對(duì)于斜拉橋、懸索橋等平面尺寸比較大的結(jié)構(gòu),地震動(dòng)的空間變化特性將是顯著的,其影響將是不可忽略的.在對(duì)斜拉橋進(jìn)行地震響應(yīng)分析時(shí),應(yīng)該考慮地震動(dòng)的空間變化特性,進(jìn)行斜拉橋的多點(diǎn)激勵(lì)效應(yīng)分析.關(guān)于斜拉橋的多點(diǎn)激勵(lì)效應(yīng)問(wèn)題,雖然已經(jīng)進(jìn)行了一些研究工作,但目前并沒(méi)能得出統(tǒng)一、系統(tǒng)的結(jié)論,這個(gè)問(wèn)題還有待于進(jìn)一步的研究.運(yùn)用一些有效的分析方法,對(duì)斜拉橋的多點(diǎn)激勵(lì)效應(yīng)進(jìn)行研究,探索出一些規(guī)律性的結(jié)論,這是該文的主要研究?jī)?nèi)容.在非一

3、致地震動(dòng)作用下,結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程不能簡(jiǎn)單套用一致地震動(dòng)作用下的運(yùn)動(dòng)方程.該文重新推導(dǎo)了非一致地震動(dòng)作用下的結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程.其基本原理是把結(jié)構(gòu)反應(yīng)的總位移分解為擬靜力位移和動(dòng)力位移,擬靜力位移用靜力法求解,將擬靜力位移代回原方程得到動(dòng)力響應(yīng)控制微分方程,求解微分方程即可求出動(dòng)力位移,從而求出總位移.動(dòng)力響應(yīng)控制微分方程采用Newmark數(shù)值積分方法進(jìn)行求解.以南京長(zhǎng)江二橋南汊橋?yàn)閷?duì)象,采用時(shí)程分析方法計(jì)算了非一致地震動(dòng)輸入(指行波效應(yīng))下斜拉

4、橋的地震反應(yīng),并和一致地震動(dòng)輸入下的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比、分析,研究了非一致地震動(dòng)輸入對(duì)斜拉橋地震反應(yīng)的影響.研究結(jié)果表明:與一致地震動(dòng)輸入相比,非一致地震動(dòng)輸入對(duì)斜拉橋的地震響應(yīng)有很大的影響.對(duì)于不同的響應(yīng)量,影響是不同的.與一致地震動(dòng)輸入相比,非一致地震動(dòng)輸入可以使斜拉橋的地震響應(yīng)改變達(dá)40﹪以上.而且,在一致地震動(dòng)輸入和非一致地震動(dòng)輸入兩種情況下,不僅結(jié)構(gòu)的反應(yīng)峰值不同,而且結(jié)構(gòu)反應(yīng)峰值發(fā)生的時(shí)刻也不一樣.近年來(lái),在多點(diǎn)激勵(lì)效應(yīng)的研究領(lǐng)域

5、,隨機(jī)振動(dòng)分析方法得到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注.利用前面推導(dǎo)得到的非一致地震動(dòng)作用下的結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程,基于隨機(jī)振動(dòng)理論推導(dǎo)出了非一致地震動(dòng)作用下結(jié)構(gòu)隨機(jī)響應(yīng)的計(jì)算公式.利用該公式,可以求得大跨結(jié)構(gòu)在非一致地震動(dòng)作用下任一響應(yīng)的方差.在綜述目前常用的地震動(dòng)隨機(jī)模型和相干函數(shù)的基礎(chǔ)上,選用Clough和Penzien提出的改進(jìn)Kanai-Tajimi功率譜模型和Loh、Yeh相干模型描述非一致地震動(dòng)輸入,采用隨機(jī)振動(dòng)分析方法研究了地震動(dòng)的空間變化特

6、性,包括行波效應(yīng)、部分相干效應(yīng)和局部場(chǎng)地效應(yīng),對(duì)斜拉橋地震響應(yīng)的影響.研究結(jié)果表明:行波效應(yīng)對(duì)斜拉橋地震響應(yīng)的影響明顯大于部分相干效應(yīng)的影響,與行波效應(yīng)相比,部分相干效應(yīng)的影響可以忽略;局部場(chǎng)地效應(yīng)對(duì)斜拉橋地震響應(yīng)有很大的影響,在同樣大小的地震動(dòng)作用下,斜拉橋在軟場(chǎng)地條件下的地震響應(yīng)明顯大于在硬場(chǎng)地條件下的響應(yīng),而中等場(chǎng)地條件下的響應(yīng)介于兩者之間.最后著重研究了斜拉橋多點(diǎn)激勵(lì)效應(yīng)隨斜拉橋主跨、地震波傳播速度、地震動(dòng)作用方向、塔梁連接方式