多振型組合的鋼管混凝土拱橋Pushover分析.pdf

1、鋼管混凝土拱橋的抗震性能一直備受關(guān)注，本文以基于結(jié)構(gòu)性能的抗震設(shè)計(jì)理念為應(yīng)用背景，對(duì)鋼管混凝土拱橋進(jìn)行研究。目前基于結(jié)構(gòu)性能的抗震設(shè)計(jì)理念分析主要采用兩種方法：非線性時(shí)程分析和靜力彈塑性分析(Pushover)。時(shí)程分析雖然是較精細(xì)分析方法，但對(duì)地震動(dòng)記錄非常敏感且計(jì)算量大、耗時(shí)多；然而，Pushover方法因?yàn)楹唵斡行Ф蔀榛谛阅茉O(shè)計(jì)的熱點(diǎn)課題，該方法可以避免非線性時(shí)程分析的復(fù)雜性和不確定性。本文嘗試將Pushover分析方法應(yīng)用于

2、鋼管混凝土拱橋的抗震性能評(píng)估，對(duì)促進(jìn)基于性能的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和評(píng)估的研究與實(shí)踐，有著重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文以實(shí)際工程潮白河大橋?yàn)檠芯繉?duì)象，首先建立了該鋼管混凝土拱橋的空間有限元分析模型，并對(duì)其進(jìn)行了模態(tài)分析，獲得了前60階模態(tài)參數(shù)，為進(jìn)一步的Pushover分析準(zhǔn)備數(shù)據(jù)。
　　之后，研究分析了拱橋Pushover分析方法的基本原理、基本假定、影響因素以及傳統(tǒng)的Pushover分析方法。與傳統(tǒng)方法不同，本文中直接獲

3、得等效單自由度體系equivalent-single-degree-of-freedom(ESDOF)的恢復(fù)力Q?與位移x?，直接建立ESDOF的能力曲線，從而既實(shí)現(xiàn)了三維加載模式，又符合理論推導(dǎo)。
　　其次，基于拱橋Pushover分析方法理論，選取按振型Φ加載的方式加載，并考慮高階振型的影響，按橫向振動(dòng)有效質(zhì)量系數(shù)和達(dá)到90％以上為原則選取振型向量Φ1和Φ5加載，直接獲得相應(yīng)的等效單自由度體系ESDOF1和ESDOF5。對(duì)原結(jié)

4、構(gòu)度多自由度體系muti-degree-of-freedom(MDOF)和ESDOF1、ESDOF5分別進(jìn)行了天津地震動(dòng)、EL Centro地震動(dòng)和阪神地震動(dòng)這三條地震動(dòng)下的彈塑性時(shí)程分析，將MDOF分別與考慮多振型組合的ESDOF、以及僅考慮振型1的ESDOF的地震響應(yīng)峰值進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明考慮多振型組合的Pushover分析方法與原結(jié)構(gòu)MDOF響應(yīng)峰值吻合的較好，誤差都在?20%以下；然而不考慮多振型組合的Pushover分析方

5、法與原結(jié)構(gòu)MDOF吻合的很差，誤差都在?20%以上，不滿足實(shí)際工程精度要求，從而驗(yàn)證了基于多振型組合的Pushover分析的鋼管混凝土拱橋抗震性能評(píng)估方法的可行性，且精度滿足實(shí)際工程需求。
　　最后，將Pushover分析方法和增量動(dòng)力分析IDA結(jié)合起來，嘗試用多個(gè)等效單自由度體系的恢復(fù)力模型近似代替原結(jié)構(gòu)進(jìn)行IDA分析，這樣不僅計(jì)算代價(jià)小，而且結(jié)果吻合較好，誤差都在?20%以內(nèi)，將考慮多振型組合的Pushover分析方法與IDA