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原文传递双向地震激励下隔震曲线梁桥动力响应及振动控制研究

论文题名：	双向地震激励下隔震曲线梁桥动力响应及振动控制研究
关键词：	隔震曲线桥;动力分析;最不利输入角度;随机响应;动力可靠度;序列最优控制
摘要：	近年来，曲线梁桥在地震中屡次发生严重破坏甚至垮塌现象，表明对其抗震性能的研究还不够充分。随着隔震技术的不断发展，通过增设隔震装置降低结构的破坏作用已得到众多学者的认可，并在工程中得到广泛应用。曲线梁桥由于其平面不规则性导致结构在地震激励下产生弯扭耦合效应，使得隔震曲线梁桥的地震响应更加复杂。因此，为了提高曲线梁桥抗震性能，研究隔震曲线梁桥动力响应特征、影响因素以及动力可靠度等问题具有重要的现实意义。　　针对隔震曲线梁桥偏心不规则问题，建立隔震曲线梁桥双质点六自由度简化分析理论模型，并采用有限元方法对该理论模型的有效性进行了验证。基于双质点六自由度理论模型，分别分析了隔震曲线梁桥曲率半径、桥面宽度、圆心角等因素对隔震曲线梁桥动力特性的影响规律。研究了隔震曲线梁桥在单向地震和双向地震激励下最不利输入角度的确定方法，运用MATLAB进行编程分析曲率半径、桥面宽度和圆心角等因素对最不利输入角度的影响规律。　　针对隔震曲线梁桥长周期低频率的特点，对多种平稳随机过程地面加速度功率谱模型进行对比分析。在此基础上，选取Clough-Pension平稳地震动功率谱模型作为隔震曲线梁桥的随机地震动输入模型。结合虚拟激励法，分析平稳随机激励和非平稳随机激励作用下地震动输入角度、曲率半径、桥面宽度等因素对隔震曲线梁桥随机动力响应的影响。分别对平稳随机激励和非平稳随机激励作用下隔震曲线梁桥的功率谱密度函数和时变均方差响应计算结果进行比较分析，从随机振动角度揭示隔震曲线梁桥的动力特性，进一步分析了主要设计参数对隔震曲线梁桥随机响应的影响规律。　　通过复模态时域法对状态方程进行解耦，得出隔震曲线梁桥在Clough-Pension随机地震激励下响应相关函数矩阵的解析表达式。基于变形失效准则，分别确定上部结构与隔震支座在多遇地震条件下的功能状态极限函数，从整体上对隔震曲线梁桥的可靠度做出较全面的估计。通过对隔震曲线梁桥进行可靠度分析，得到受地震激励输入角度、曲率半径、桥面宽度等因素对隔震曲线梁桥动力可靠度的影响规律。分析表明，对于隔震曲线梁桥来讲，地震动输入角度、曲率半径、桥面宽度会对结构可靠度产生较大的影响。通过合理设置曲线梁桥设计参数，可以有效降低结构的抗震失效概率，最大限度的保证结构的抗震安全。　　针对经典最优控制算法的不足，推导了序列最优控制算法下隔震曲线梁桥的振动控制方程。以状态方程形式表述动力方程，在状态空间内建立控制状态下地震响应计算方法，并运用随机理论分析控制结构的随机响应。分别分析隔震曲线梁桥在确定性地震激励和随机地震激励时，无控、经典线性最优控制以及序列最优控制算法三种状态下动力响应。通过对比分析发现序列最优控制算法比其它同类算法能更加有效地削减由地震引发的结构响应峰值。在同等控制能量的条件下，序列最优控制算法具有更高的控制效能，可以取得更为理想的减震控制效果。
作者：	李喜梅
专业：	结构工程
导师：	杜永峰
授予学位：	博士
授予学位单位：	兰州理工大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文