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原文传递脉冲型地震动人工合成方法及其对大跨斜拉桥地震响应分析

论文题名：	脉冲型地震动人工合成方法及其对大跨斜拉桥地震响应分析
关键词：	大跨斜拉桥;主塔结构;地震响应;弹塑性;地震动;人工合成
摘要：	近断层脉冲型地震动呈现出长周期、高幅值等区别于远场地震动的显著特点，其对诸如大跨斜拉桥这种长周期结构具有显著不利影响。实测近断层脉冲型地震动的匮乏一直制约着近断层脉冲型地震动作用下工程结构地震反应的研究，为系统分析近断层脉冲型地震动对大跨斜拉桥的影响，本文提出了近断层脉冲型地震动人工合成方法，以苏通长江公路大桥斜拉桥为研究对象，建立了考虑土-结构效应（SSI效应）的数值分析模型，研究了脉冲型地震动的脉冲类型和脉冲参数对大跨斜拉桥地震响应的影响，考虑到近断层地震动的严重破坏性，其作用下主塔可能会进入塑性甚至发生破坏，基于此本文进一步对近断层脉冲型地震动作用下主塔弹塑性行为进行了分析。主要内容如下: 　　(1)近断层脉冲型地震动人工合成方法　　为了弥补实测近断层脉冲型地震动记录数量的不足，采用Butterworth滤波器分解得到近断层脉冲型地震动的速度脉冲成份和高频成份，选择合适的等效脉冲模型模拟速度脉冲，提出近断层脉冲型地震动合成的“分解-叠加”新方法，分别基于频谱特性和结构响应验证了合成方法的有效性，结果表明该方法具有一定的合理性及准确性，通过调整脉冲参数可得到满足不同设计需求的地震动。　　(2)土-结构效应对大跨斜拉桥地震响应影响分析　　土-结构效应是影响结构地震响应的重要因素，本文采用系统化集总参数模型以表征地基的动力特性，对比分析了塔底固结模型和考虑土-结构模型的自振特性和结构响应。研究结果表明:土-结构效应会改变结构的动力特性，增大主塔位移响应，减小主塔内力响应和主梁响应，在大跨斜拉桥抗震分析中需重点关注。土-结构效应有效的模拟为准确评估近断层脉冲型地震动作用下大跨斜拉桥的地震响应奠定了基础。　　(3)近断层脉冲型地震动作用下大跨斜拉桥地震响应分析　　为了研究近断层脉冲型地震动对大跨斜拉桥的不利响应，采用实测近断层脉冲型地震动记录和人工合成近断层脉冲型地震动，分别分析了脉冲类型和脉冲参数对大跨斜拉桥地震响应的影响。　　首先，根据脉冲类型将近断层脉冲型地震动分组，采用塔底固结和考虑土-结构效应的大跨斜拉桥有限元模型，对比分析了不同类型地震动作用下主塔和主梁的地震响应。结果表明脉冲效应地震动引起斜拉桥地震响应明显高于无脉冲地震动，滑冲效应主要影响纵桥向激励时主塔响应以及纵桥向（或横桥向）激励下主梁响应，破裂前方效应对横桥向激励下主塔响应影响更加显著。　　其次，基于近断层脉冲型地震动人工合成“分解-叠加法”，合成具有不同脉冲参数（脉冲峰值、脉冲周期、脉冲峰值数等）的近断层地震动作为结构输入，以研究近断层脉冲型地震动脉冲关键参数对超大跨斜拉桥的地震响应的影响规律。研究结果表明:脉冲速度峰值对斜拉桥主塔内力和位移等响应影响显著;不同脉冲周期的地震动作用下，滑冲效应引起斜拉桥地震响应明显高于破裂前方效应;当破裂前方效应和滑冲效应复合作用且两者同时达到脉冲峰值时，结构地震响应最为显著; 　　(4)近断层脉冲型地震动作用下大跨斜拉桥混凝土主塔弹塑性抗震分析　　为研究大跨斜拉桥混凝土桥塔在近断层脉冲型地震动作用下的弹塑性性能，基于Opensees非线性有限元平台，建立了考虑主塔弹塑性的非线性全桥有限元模型，采用动力增量分析方法，分别分析主塔塑性发展过程、关键状态的弹塑性动力时程响应，以及脉冲参数（脉冲峰值、脉冲周期）对主塔弹塑性性能的影响。研究结果表明:脉冲型地震动使得大跨斜拉桥混凝土主塔更容易产生屈服和破坏;在进行大跨斜拉桥抗震设计时，可以考虑利用主塔的弹塑性性能进行屈服耗能，以减小塔底在强震作用下的地震响应;速度脉冲的关键参数对大跨斜拉桥弹塑性抗震性能影响显著，滑冲效应地震动和破裂前方效应地震动对大跨斜拉桥的塑性性能影响规律不同，值得重点关注。　　本文研究成果可为近断层地震动合成及超大跨斜拉桥在近断层地震动作用下的抗震设计提供借鉴。
作者：	张凡
专业：	建筑与土木工程
导师：	王景全;殷惠光
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文