橋梁抗震分析的隨機(jī)理論及應(yīng)用研究.pdf

1、大跨度橋梁作為重要的公共設(shè)施，其安全性格外重要。如何在設(shè)計(jì)和建造階段就使它們具有足夠的抗震能力以及合理的安全度，一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工程界關(guān)注的重要課題。幾十年來(lái)，橋梁的抗震研究取得了很大成果，但由于抗震問(wèn)題的多樣性和復(fù)雜性，尚有許多問(wèn)題需要進(jìn)一步研究。其中，結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的隨機(jī)理論在橋梁抗震中的應(yīng)用就是近年來(lái)橋梁工程中研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。論文就這一問(wèn)題進(jìn)行了研究，主要內(nèi)容有： (1)修正了《與規(guī)范反應(yīng)譜相對(duì)應(yīng)的金井清譜的譜參數(shù)》一文中

2、求解絕對(duì)加速度反應(yīng)方差積分的解析表達(dá)式中公式(13)的缺點(diǎn)，推導(dǎo)了地震激勵(lì)為白噪聲時(shí)，絕對(duì)加速度反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)差σn(ωε，ξ)的解析表達(dá)式。 (2)在橋梁抗震分析中，運(yùn)用質(zhì)量彈簧阻尼模型來(lái)模擬樁-土-結(jié)構(gòu)的動(dòng)力相互作用，分析了考慮樁.土作用與否對(duì)橋梁地震響應(yīng)的影響。 (3)基于隨機(jī)振動(dòng)理論及反應(yīng)譜方法，研究了大跨度橋梁的行波效應(yīng)、相干效應(yīng)及局部場(chǎng)地效應(yīng)影響，并與規(guī)范反應(yīng)譜方法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了分析比較。結(jié)果表明：不計(jì)地震動(dòng)空間變

3、化時(shí)，隨機(jī)振動(dòng)分析與反應(yīng)譜方法本質(zhì)上是一致的；行波效應(yīng)和相干損失對(duì)連續(xù)剛構(gòu)內(nèi)力有一定影響，多數(shù)情況下，隨機(jī)振動(dòng)計(jì)算結(jié)果要大于反應(yīng)譜分析結(jié)果；局部場(chǎng)地效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響相當(dāng)大，對(duì)于基礎(chǔ)地質(zhì)條件差異較大的橋梁，分析時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮局部場(chǎng)地效應(yīng)。 (4)結(jié)構(gòu)參數(shù)和地震激勵(lì)的隨機(jī)性是橋梁抗震分析中較為重要的問(wèn)題。在隨機(jī)有限元中引入虛擬激勵(lì)法，推導(dǎo)了有隨機(jī)參數(shù)的結(jié)構(gòu)在平穩(wěn)隨機(jī)地面加速度作用下的隨機(jī)有限元遞推方程。按局部平均理論和空間桿系分離隨

4、機(jī)場(chǎng)模型來(lái)離散、建立有限元模型，并利用矩陣正交化技術(shù)，減少計(jì)算量。然后求解隨機(jī)有限元零階、一階和二階遞推方程組，即可求出具有二階精度的均值和具有一階精度的方差的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。運(yùn)用程序開(kāi)發(fā)工具C++Builder編制了相應(yīng)的計(jì)算程序，并用Monte Carlo檢驗(yàn)了程序的有效性和正確性，最后，計(jì)算了具有隨機(jī)參數(shù)的高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋梁和新式鋼箱提籃拱橋在隨機(jī)地震激勵(lì)下的動(dòng)力響應(yīng)。 (5)根據(jù)交變荷載作用下彈塑性有限元的基本理論，運(yùn)用增量

5、初應(yīng)力方法，采用Jhansale模型描述材料的瞬態(tài)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，推導(dǎo)了隨機(jī)交變荷載作用下的彈塑性有限元迭代列式。依據(jù)隨機(jī)疲勞壽命分析的基本原理，運(yùn)用局部應(yīng)力-應(yīng)變法和疲勞累積損傷的Palmgren-Miner理論，結(jié)合隨機(jī)加載下的彈塑性有限元方法，提出了一種估算橋梁構(gòu)件在交變的地震荷載作用下隨機(jī)疲勞壽命的估算方法，研究了大跨度鋼拱橋有孔洞或截面受削弱的構(gòu)件在地震激勵(lì)下的低周疲勞壽命。 (6)考慮結(jié)構(gòu)參數(shù)隨機(jī)性的動(dòng)力可靠度是橋梁抗

6、震研究中的重要問(wèn)題?；陔S機(jī)分析的響應(yīng)面理論和規(guī)范反應(yīng)譜方法，提出了一種分析具有隨機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)橋梁抗震可靠度的方法。通過(guò)擬合的多項(xiàng)式函數(shù)來(lái)近似替代表示結(jié)構(gòu)隨機(jī)輸入與輸出變量之間作用關(guān)系的功能函數(shù)，按照結(jié)構(gòu)的破壞準(zhǔn)則及其極限狀態(tài)方程，進(jìn)行可靠度分析。運(yùn)用該方法研究了高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋在地震激勵(lì)下設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的動(dòng)力可靠度，分析時(shí)考慮了結(jié)構(gòu)參數(shù)和場(chǎng)地土的隨機(jī)性，分別計(jì)算了連續(xù)剛構(gòu)在多遇地震、設(shè)防地震和罕遇地震作用下的失效概率，得到了結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)基