考虑桩土相互作用的长山矮塔斜拉桥三维地震动力响应分析

摘要

矮塔斜拉桥是近几十年发展起来的新型桥梁模式，因其独特的美学景观特征、灵活的跨径布置以及良好的经济性能，越来越显示出巨大的发展潜力。矮塔斜拉桥的受力特点介于连续梁桥与斜拉桥之间，动力特性以及地震响应与两种桥型既有联系又有区别。这样，如何有效准确地对其进行三维地震动力响应数值分析，对于工程设计与实践具有重要的指导作用和参考价值。
　　本文以大连长山矮塔斜拉桥为具体工程背景，基于大型的有限元数值计算平台ADINA，结合动力模态分析法、地震反应谱分析法和动力时程逐步时间积分法，。并综合考虑桩土相互作用的影响，通过全桥大型三维动力数值计算模型，从完全相互作用角度对桥梁结构进行了地震动力响应分析。具体研究内容包括:
　　(1)针对桥梁结构在重力和车道荷载作用下进行了等效静力受力变形分析，并结合规范要求对桥梁整体刚度和强度做出合理性评价，在此基础上采用子空间迭代法对桥梁整体结构动力特性进行了系统分析，探讨了考虑桩土相互作用和重力作用对桥梁结构动力特性的影响规律。
　　(2)分别基于SRSS和CQC振型组合方法，针对桥梁结构进行了常遇和罕遇地震作用下的地震反应谱分析，在此基础上进行了桥梁结构抗震性能评价，并探讨了振型选取阶数、桩土相互作用、地震动维数以及振型组合方法对矮塔斜拉桥地震反应谱响应计算结果的影响规律。
　　(3)分别选取典型强震记录EI-centro波、Taft波和Kobe波，考虑桩土相互作用影响，针对桥梁结构进行了常遇和罕遇地震作用下弹性动力时程分析，并通过与地震反应谱计算结果进行比较，进一步对桥梁结构抗震性能进行了系统全面评价;在桥梁结构弹性动力时程分析基础上，综合考虑桩土相互作用和混凝土材料弹塑性受力变形特性，对桥梁结构分别进行了常遇和罕遇地震作用下弹塑性动力时程分析，并与地震反应谱计算结果进行比较分析，探讨了结构材料非线性对矮塔斜拉桥动力响应特性的影响规律。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文的主要研究内容和技术路线

1．4 本章小结

第2章 数值计算基础理论

2．1 数值求解平台简介

2．1．1 基本介绍

2．1．2 混凝土材料本构关系模型

2．2 模态分析基本理论方法

2．2．1 结构体系的振动频率与振型

2．2．2 子空间迭代法

2．3 地震反应谱分析基本理论

2．4 动力时程分析法基本理论

2．4．1 桥梁结构振动阻尼

2．4．2 动力时程分析数值计算方法

2．4．3 非线性方程组求解方法

2．5 本章小结

第3章 大连长山大桥三维数值建模及静力分析

3．1 本文的工程背景

3．1．1 大连长山大桥工程简介

3．1．2 大连长山大桥主要构件材料

3．2 大连长山大桥三维数值计算模型建立

3．2．1 大连长山大桥上部结构建模

3．2．2 桩土相互作用在数值模型中的实现

3．2．3 大连长山大桥下部结构建模

3．3 大连长山大桥成桥阶段静力分析

3．3．1 恒载作用下结构位移和应力分析

3．3．2 车道荷载作用下结构位移反应分析

3．4 本章小结

第4章 大连长山大桥三维地震反应谱分析

4．1 大连长山大桥动力特性分析

4．1．1 桩土相互作用对大连长山大桥动力特性的影响

4．1．2 自重作用对桥梁结构动力特性影响分析

4．2 大连长山大桥三维地震反应谱分析

4．2．1 大连长山大桥地震反应谱曲线

4．2．2 振型参与阶数对大连长山大桥地震反应谱结果的影响

4．2．3 振型组合方法对大连长山大桥地震反应谱结果的影响

4．2．4 地震作用维数对大连长山大桥地震反应谱结果的影响

4．2．5 基于地震反应谱分析的大连长山大桥抗震性能评价

4．3 本章小结

第5章 大连长山大桥三维地震响应动力时程分析

5．1 大连长山大桥三维弹性动力时程分析

5．1．1 地震加速度时程选定

5．1．2 大连长山大桥水平地震作用弹性时程响应结果与分析

5．1．3 大连长山大桥水平与竖向地震耦合作用时程响应结果与分析

5．1．4 大连长山大桥弹性时程分析与地震反应谱分析结果比较

5．2 大连长山大桥三维弹塑性时程分析

5．2．1 大连长山大桥常遇地震作用弹塑性时程响应结果与分析

5．2．2 大连长山大桥罕遇地震作用弹塑性时程响应结果与分析

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读学位期间主要工作

致谢