大跨度斜拉橋隨機地震響應(yīng)分析及其動力可靠度研究.pdf

1、斜拉橋的主跨正在經(jīng)歷由幾百米到近千米以及到21世紀的超千米的發(fā)展，如日本多多羅大橋(主跨890m)、香港昂船洲大橋(主跨101 8m)、蘇通長江公路大橋(主跨1088m)。斜拉橋跨度的不斷增大，必然帶來很多復(fù)雜的問題。地震荷載作為超大跨徑結(jié)構(gòu)的主要荷載，是結(jié)構(gòu)設(shè)計的控制因素?？鐝降脑龃螅涞卣饎恿W(xué)問題也變得復(fù)雜，而同時無規(guī)范可循。因此，地震分析就顯得尤為重要。 地震動的三要素(持時、強度和頻譜)具有明顯的隨機性，因此，把隨機振

2、動理論應(yīng)用到斜拉橋地震反應(yīng)分析的合理性是顯而易見的。而隨機振動分析具有如下的優(yōu)點：(1)隨機振動反應(yīng)得出的是響應(yīng)的均值，包含大量時程曲線的統(tǒng)計信息，比單一的時程曲線計算的結(jié)果更具有代表性和普遍性；(2)求出的最大值的均值較為直觀，而不像時程分析那樣繁瑣；(3)隨機振動分析輸入的是功率譜，是從能量的角度分析問題。因此，在地震工程學(xué)研究領(lǐng)域，隨機振動分析方法一定會得到廣泛的應(yīng)用。 地震動本質(zhì)上的不規(guī)律性決定了由確定性模型過渡到將地震

3、動作為隨機過程處理?；陔S機振動理論為基礎(chǔ)，以蘇通長江公路大橋為工程背景，對超大跨度斜拉橋在隨機地震荷載作用下的動力響應(yīng)展開研究，主要研究內(nèi)容如下： 1.隨機地震反應(yīng)分析首先考慮的是地震動的輸入問題。第二章介紹了地震動模型的幾種表達式，并結(jié)合有關(guān)學(xué)者的研究成果計算所需要的有關(guān)參數(shù)，然后以此參數(shù)作為隨機地震動輸入為后續(xù)隨機地震反應(yīng)分析提供依據(jù)。 2.在結(jié)構(gòu)動力學(xué)原理的基礎(chǔ)上，第三章利用推導(dǎo)得到的地震動作用下的結(jié)構(gòu)運動方程，

4、并基于隨機振動理論推導(dǎo)出了地震動作用下結(jié)構(gòu)隨機響應(yīng)的計算公式。利用該公式，求得大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)隨機地震動作用的動力響應(yīng)的統(tǒng)計量。 3.在目前常用的地震動隨機模型的基礎(chǔ)上，第四章選用杜修力提出的改進Kanai-Tajimi功率譜模型描述地震動輸入，采用隨機振動分析方法研究結(jié)構(gòu)在一致激勵和地震動空間變化下的動力響應(yīng)，包括局部場地效應(yīng)、部分相干效應(yīng)和行波效應(yīng)。研究結(jié)果表明：相干效應(yīng)對主梁縱向彎矩影響比較大，尤其是中跨部位；而局部場地效

5、應(yīng)相對影響較小。對于主梁軸力而言，行波效應(yīng)影響較為顯著，主梁軸力的最大值增大約70％之多，但對豎向剪力并無突出影響。與一致激勵比較，行波效應(yīng)使得跨中豎向位移均方根增大約74％，相干效應(yīng)為60％，而局部場地效應(yīng)為13％。對于不同的內(nèi)力和位移響應(yīng)，地震動空間變化特性的影響程度和規(guī)律不盡相同，必須區(qū)別對待，具體問題具體分析。 4.詳細分析了結(jié)構(gòu)彈性模量、樁-土-結(jié)構(gòu)動力相互作用、地震動模型、斜拉索振動效應(yīng)及模態(tài)數(shù)量對蘇通大橋地震動力響