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文檔簡介
1、當前全球地震活動明顯進入多發(fā)期,更加需要深化有關抗震基本理論的研究。地震動是強非平穩(wěn)過程,鋼管混凝土拱橋受輸入地震頻譜特性的影響,非線性響應結果差別巨大。同時,結構動力失穩(wěn)問題也要從地震響應角度出發(fā)進行研究,所以地震頻譜特性的差異也會對動力穩(wěn)定分析產(chǎn)生不容忽視的影響。而關于地震頻譜特性對結構非線性響應的影響研究是當前結構抗震分析中的前沿課題,需要涉及數(shù)字信號處理及非線性動力學的多學科知識,目前難以使用準確的數(shù)學解析模型來描述地震的非平穩(wěn)
2、性。盡管地震頻譜特性對結構反應影響復雜,但還是可以通過地震時變譜估計大致建立起地震能量的時頻分布特征與結構非線性響應之間的聯(lián)系。
論文以有關地震頻譜特性的研究作為主線,同時也關注了包括材料非線性、幾何非線性、初始幾何缺陷等因素對鋼管混凝土拱橋的地震響應及動力穩(wěn)定的影響問題。由于近斷層地震(近場地震)更易對長周期大跨橋梁結構造成嚴重破壞,因此論文不但對近斷層地震的頻譜特性及其反應特點加以總結,還通過小波分析數(shù)值方法建立了能夠反映
3、近斷層地震作用大小的指標,并就近斷層地震作用下的動力穩(wěn)定問題展開深入討論,研究了鋼管混凝土拱橋的動力失穩(wěn)形態(tài)特點。論文主要進行了以下幾個方面的研究:
(1)介紹了現(xiàn)代非平穩(wěn)信號時.頻分析技術及各種時變譜估計方法,發(fā)現(xiàn)在它們在一定程度上均可描述地震信號的非平穩(wěn)特性。由于改進L-P小波具有快速算法,并且計算數(shù)據(jù)量小,所得到的局部譜密度具有重要工程應用價值。提出利用改進L-P小波變換的二進正交特性對地震信號進行快速時-能密度分析,能
4、夠準確描述地震信號能量沿時域的分布特征。
(2)以主跨132米的下承式鋼管混凝土拱梁組合橋為實例建立了有限元模型并進行相應的非線性地震響應分析,考慮了初應力效應對模態(tài)分析的影響。研究發(fā)現(xiàn),從整體上說結構的幾何非線性效應不明顯,更主要的是材料非線性的影響。隨輸入地震作用的增強,材料塑性的發(fā)展會改變內(nèi)力的分布規(guī)律,并有利于結構受力。在研究地震非平穩(wěn)性影響時,通過小波變換對地震信號進行分解與重構,闡明了反應譜無法充分表達地震頻譜特性
5、與結構反應之間的聯(lián)系,而小波方法在確定地震信號時頻分布特征及其頻率成分對結構作用方面的優(yōu)勢明顯。
(3)就發(fā)生在我國臺灣地區(qū)的集集地震(CHI-CHI,09/20/99)展開了各類場地近斷層地震頻譜特性研究。結果表明,隨著近斷層地震效應的增強,更易產(chǎn)生持續(xù)密集的低頻能量脈沖,加速度反應譜峰值可能出現(xiàn)在中長周期段。結合近斷層地震低頻脈沖效應對長周期鋼管混凝土拱橋的作用特點,提出可以通過二進離散小波分解方法將地震加速度信號進行頻域
6、分解并得到了能夠描述結構非線性反應的地震作用指標WAPA(Weighted Average Peak Acceleration),體現(xiàn)了基于性能的結構抗震設計思想。
(4)論文使用了IDA(Incremental Dynamic Analysis)動態(tài)增量分析方法并結合B-R(Budiansky-Roth)系統(tǒng)響應準則來確定鋼管混凝土拱橋的動力失穩(wěn)臨界荷載。發(fā)現(xiàn)材料非線性的影響對動力失穩(wěn)占主導作用,單純考慮幾何非線性的影響對動
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