橋梁抗震分析的隨機理論及應用研究.pdf

1、大跨度橋梁作為重要的公共設施，其安全性格外重要。如何在設計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，一直是國內外學術界和工程界關注的重要課題。幾十年來，橋梁的抗震研究取得了很大成果，但由于抗震問題的多樣性和復雜性，尚有許多問題需要進一步研究。其中，結構動力學的隨機理論在橋梁抗震中的應用就是近年來橋梁工程中研究的熱點問題。論文就這一問題進行了研究，主要內容有： (1)修正了《與規(guī)范反應譜相對應的金井清譜的譜參數》一文中

2、求解絕對加速度反應方差積分的解析表達式中公式(13)的缺點，推導了地震激勵為白噪聲時，絕對加速度反應標準差σn(ωε，ξ)的解析表達式。 (2)在橋梁抗震分析中，運用質量彈簧阻尼模型來模擬樁-土-結構的動力相互作用，分析了考慮樁.土作用與否對橋梁地震響應的影響。 (3)基于隨機振動理論及反應譜方法，研究了大跨度橋梁的行波效應、相干效應及局部場地效應影響，并與規(guī)范反應譜方法計算結果進行了分析比較。結果表明：不計地震動空間變

3、化時，隨機振動分析與反應譜方法本質上是一致的；行波效應和相干損失對連續(xù)剛構內力有一定影響，多數情況下，隨機振動計算結果要大于反應譜分析結果；局部場地效應對結構響應的影響相當大，對于基礎地質條件差異較大的橋梁，分析時應當考慮局部場地效應。 (4)結構參數和地震激勵的隨機性是橋梁抗震分析中較為重要的問題。在隨機有限元中引入虛擬激勵法，推導了有隨機參數的結構在平穩(wěn)隨機地面加速度作用下的隨機有限元遞推方程。按局部平均理論和空間桿系分離隨

4、機場模型來離散、建立有限元模型，并利用矩陣正交化技術，減少計算量。然后求解隨機有限元零階、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構響應。運用程序開發(fā)工具C++Builder編制了相應的計算程序，并用Monte Carlo檢驗了程序的有效性和正確性，最后，計算了具有隨機參數的高墩大跨連續(xù)剛構橋梁和新式鋼箱提籃拱橋在隨機地震激勵下的動力響應。 (5)根據交變荷載作用下彈塑性有限元的基本理論，運用增量

5、初應力方法，采用Jhansale模型描述材料的瞬態(tài)應力應變關系，推導了隨機交變荷載作用下的彈塑性有限元迭代列式。依據隨機疲勞壽命分析的基本原理，運用局部應力-應變法和疲勞累積損傷的Palmgren-Miner理論，結合隨機加載下的彈塑性有限元方法，提出了一種估算橋梁構件在交變的地震荷載作用下隨機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件在地震激勵下的低周疲勞壽命。 (6)考慮結構參數隨機性的動力可靠度是橋梁抗

6、震研究中的重要問題?；陔S機分析的響應面理論和規(guī)范反應譜方法，提出了一種分析具有隨機結構參數橋梁抗震可靠度的方法。通過擬合的多項式函數來近似替代表示結構隨機輸入與輸出變量之間作用關系的功能函數，按照結構的破壞準則及其極限狀態(tài)方程，進行可靠度分析。運用該方法研究了高墩大跨連續(xù)剛構橋在地震激勵下設計基準期內的動力可靠度，分析時考慮了結構參數和場地土的隨機性，分別計算了連續(xù)剛構在多遇地震、設防地震和罕遇地震作用下的失效概率，得到了結構在設計基