大跨度斜拉橋多點激勵效應研究.pdf

1、近年來,斜拉橋因其經(jīng)濟上、結(jié)構(gòu)上與建筑造型諸方面的獨特優(yōu)點,受到橋梁工程界的日益重視,不論是在國內(nèi)、還是在國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,將會造成巨大的生命和財產(chǎn)損失,所以其抗震設計就顯得尤為重要.地震波在向四周傳播的過程中,不僅有時間上的變化特性,而且存在著明顯的空間變化特性.傳統(tǒng)上,對大多數(shù)結(jié)構(gòu)進行地震反應分析時都忽略了地震動的空間變化特性.對于平面尺寸比較小的結(jié)構(gòu),忽略地震動的空間變化特性是能夠滿

2、足其抗震設計要求的.但對于斜拉橋、懸索橋等平面尺寸比較大的結(jié)構(gòu),地震動的空間變化特性將是顯著的,其影響將是不可忽略的.在對斜拉橋進行地震響應分析時,應該考慮地震動的空間變化特性,進行斜拉橋的多點激勵效應分析.關(guān)于斜拉橋的多點激勵效應問題,雖然已經(jīng)進行了一些研究工作,但目前并沒能得出統(tǒng)一、系統(tǒng)的結(jié)論,這個問題還有待于進一步的研究.運用一些有效的分析方法,對斜拉橋的多點激勵效應進行研究,探索出一些規(guī)律性的結(jié)論,這是該文的主要研究內(nèi)容.在非一

3、致地震動作用下,結(jié)構(gòu)的運動方程不能簡單套用一致地震動作用下的運動方程.該文重新推導了非一致地震動作用下的結(jié)構(gòu)運動方程.其基本原理是把結(jié)構(gòu)反應的總位移分解為擬靜力位移和動力位移,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力響應控制微分方程,求解微分方程即可求出動力位移,從而求出總位移.動力響應控制微分方程采用Newmark數(shù)值積分方法進行求解.以南京長江二橋南汊橋為對象,采用時程分析方法計算了非一致地震動輸入(指行波效應)下斜拉

4、橋的地震反應,并和一致地震動輸入下的結(jié)果進行對比、分析,研究了非一致地震動輸入對斜拉橋地震反應的影響.研究結(jié)果表明:與一致地震動輸入相比,非一致地震動輸入對斜拉橋的地震響應有很大的影響.對于不同的響應量,影響是不同的.與一致地震動輸入相比,非一致地震動輸入可以使斜拉橋的地震響應改變達40﹪以上.而且,在一致地震動輸入和非一致地震動輸入兩種情況下,不僅結(jié)構(gòu)的反應峰值不同,而且結(jié)構(gòu)反應峰值發(fā)生的時刻也不一樣.近年來,在多點激勵效應的研究領(lǐng)域

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

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