【博士】基于推倒分析法的連續(xù)梁橋地震響應(yīng)簡(jiǎn)化分析方法研究【2008】

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　　學(xué)科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：西南交通大學(xué)　　學(xué)位年度： 2008年　　基于性能的抗震設(shè)計(jì)思想，不僅受到了世界各國(guó)學(xué)術(shù)界和工程界的廣泛關(guān)注，而且被美國(guó)、日本等抗震研究比較先進(jìn)的國(guó)家作為結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的未來(lái)發(fā)展方向。可以說(shuō)，基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論是21世紀(jì)橋梁抗震設(shè)計(jì)的大潮流。如何提供一種簡(jiǎn)單有效的地震響應(yīng)分析方法，以方便地確定結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，這是基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法能否得到廣泛應(yīng)用的首要問(wèn)題?！　≡诟鲊?guó)相繼圍繞基于性能抗震設(shè)計(jì)思想進(jìn)行抗震規(guī)范修訂的潮流下，本文以某跨江大橋北引橋第五聯(lián)為工程背景，針對(duì)推倒分析法、能力譜法以及模態(tài)推倒分析法開(kāi)展了研究工作。主要研究?jī)?nèi)容如下：　　系統(tǒng)研究了基于柔度法的纖維模型彈塑性梁柱單元，著重介紹了纖維模型和基于柔度法的彈塑性梁柱單元以及所采用的鋼筋及混凝土材料本構(gòu)模型?！　∫阅晨缃髽虮币龢虻谖迓?lián)為工程背景，對(duì)三種計(jì)算模型分別進(jìn)行了500年重現(xiàn)期的彈性推倒分析以及2500年重現(xiàn)期的彈塑性推倒分析。以時(shí)程分析法計(jì)算結(jié)果為基準(zhǔn)，詳細(xì)研究了控制節(jié)點(diǎn)選擇方法及側(cè)向力分布模式對(duì)推倒分析法計(jì)算精度的影響。研究表明，在進(jìn)行橫橋向推倒分析時(shí)，采用側(cè)向力分布模式1及控制節(jié)點(diǎn)選擇方法B或者C得到的地震響應(yīng)總體上吻合較好，誤差大小受結(jié)構(gòu)自身特性(自振周期、振型有效質(zhì)量系數(shù)、是否考慮樁土作用以及是否設(shè)置減隔震支座等)影響較大，特別是對(duì)基本周期在2s以內(nèi)較剛的結(jié)構(gòu)進(jìn)行橫橋向彈性推倒分析時(shí)，承臺(tái)底剪力及彎矩被嚴(yán)重高估；對(duì)于在墩梁?jiǎn)栐O(shè)置了減隔震支座一板式橡膠支座的結(jié)構(gòu)，只進(jìn)行橫橋向彈性推倒分析即可?！　『?jiǎn)要介紹了能力譜法的發(fā)展過(guò)程和研究現(xiàn)狀，隨后較為詳細(xì)的論述了能力譜法的基本步驟、基本理論與具體求解過(guò)程；對(duì)Chopra采用的三種彈塑性體系強(qiáng)度折減系數(shù)與延性關(guān)系的可靠性進(jìn)行研究，并介紹了Chopra的改進(jìn)能力譜法及本文提出的改進(jìn)的Chopra能力譜法基本步驟；介紹了1wan優(yōu)化能力譜法，并在對(duì)一系列不同周期不同延性的SDOF體系進(jìn)行彈塑性地震響應(yīng)分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)與ATC．40能力譜法的對(duì)比分析，得出了1wan優(yōu)化能力譜法可以明顯提高計(jì)算精度的結(jié)論。　　在對(duì)能力譜法以及彈塑性體系強(qiáng)度折減系數(shù)與延性關(guān)系研究的基礎(chǔ)上，分別提出了基于彈性推倒分析法和基于彈塑性推倒分析法的簡(jiǎn)化能力譜法；　　以某跨江大橋北引橋第五聯(lián)為工程背景，針對(duì)三種計(jì)算模型，分別進(jìn)行了彈性以及彈塑性地震響應(yīng)分析。并以時(shí)程分析法計(jì)算結(jié)果為基準(zhǔn)，對(duì)ATC-40能力譜法、Iwan優(yōu)化能力譜法、改進(jìn)的Chopra能力譜法以及簡(jiǎn)化能力譜法的計(jì)算精度進(jìn)行了對(duì)比分析。研究表明，在進(jìn)行縱橋向地震響應(yīng)分析時(shí)，本文提出的簡(jiǎn)化能力譜法B(對(duì)于彈性分析，即為簡(jiǎn)化能力譜法)精度最高，是一種較好的簡(jiǎn)化分析方法，但是只能對(duì)墩梁間設(shè)置固定支座或者設(shè)置減隔震支座一板式橡膠支座的橋墩進(jìn)行較為精確的評(píng)估，而對(duì)于在墩梁間設(shè)置活動(dòng)支座的橋墩，誤差較大；在進(jìn)行橫橋向彈性地震響應(yīng)分析時(shí)，對(duì)于橫橋向基本周期在2s以上的結(jié)構(gòu)，本文提出的簡(jiǎn)化能力譜法能夠給出理想的結(jié)果，是一種較好的簡(jiǎn)化分析方法；在進(jìn)行橫橋向彈塑性地震響應(yīng)分析時(shí)，本文提出的簡(jiǎn)化能力譜法B精度最高，是一種較好的簡(jiǎn)化分析方法；Iwan優(yōu)化能力譜法誤差最大，改進(jìn)的Chopra能力譜法及本文提出的簡(jiǎn)化能力譜法A精度相當(dāng)。　　在對(duì)模態(tài)推倒分析法進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，分別提出了基于彈性推倒分析法和基于彈塑性推倒分析法的簡(jiǎn)化模態(tài)推倒分析法，以及適用于橋梁結(jié)構(gòu)的模態(tài)推倒分析法；以某跨江大橋北引橋第五聯(lián)為工程背景，對(duì)三種計(jì)算模型分別進(jìn)行了500年重現(xiàn)期的彈性地震響應(yīng)分析以及2500年重現(xiàn)期的彈塑性地震響應(yīng)分析。并以時(shí)程分析法計(jì)算結(jié)果為基準(zhǔn)，對(duì)比分析了基于ATC．40能力譜法的MPA法、基于1wan優(yōu)化能力譜法的MPA法、基于改進(jìn)的Chopra能力譜法的MPA法、簡(jiǎn)化能力譜法以及簡(jiǎn)化MPA法的計(jì)算精度。研究表明，在進(jìn)行縱橋向地震響應(yīng)分析時(shí)，簡(jiǎn)化MPA法精度較高，是一種較好的簡(jiǎn)化分析方法；相對(duì)于邊墩，中墩受力更為不利，因此從設(shè)計(jì)角度講，采用簡(jiǎn)化能力譜法B進(jìn)行分析即可滿足設(shè)計(jì)要求；在進(jìn)行橫橋向地震響應(yīng)分析時(shí)，簡(jiǎn)化能力譜法B得到的主梁節(jié)點(diǎn)位移精度最高，而對(duì)于結(jié)構(gòu)的其余地震響應(yīng)，各種分析方法精度差別取決于結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性；基于Iwan方優(yōu)化能力譜法的MPA法誤差最大，基于改進(jìn)的Chopra能力譜法的MPA法及本文提出的簡(jiǎn)化　　能力譜法A精度相當(dāng)?！　?

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