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原文传递海底地震动特性及跨海桥梁地震反应分析

论文题名：	海底地震动特性及跨海桥梁地震反应分析
关键词：	跨海桥梁;地震反应;海底地震动;数值模拟
摘要：	我国跨海桥梁建设近些年发展迅速，鉴于1995年日本Kobe地震中存在跨海桥梁损伤的案例，如东神户大桥和明石海峡大桥（地震时未完工），因此跨海桥梁的抗震安全问题显得尤为重要。目前在跨海桥梁的抗震分析中一般仍采用陆上的强震记录，这缺少足够的研究与论证，且与较缺乏海底地震动特性的研究相关。本文结合海底强震观测记录的统计分析与海底地震动传播过程的数值模拟，研究了海底地震动特性和相关影响因素。基于模拟海底地震动传播过程的数值建模方法，以某跨海斜拉桥为例，进行了考虑桩-土-海水-跨海桥梁耦合作用的地震反应分析。同时本文提出了在塔（墩）和梁间设置防屈曲支撑(BRB)的大跨斜拉桥新的耗能减震方式（新型结构），通过与常用的设置粘滞阻尼器斜拉桥结构抗震分析对比，初步论证了其可行性。主要工作如下: 　　(1)归纳了世界范围内经受地震考验的跨海桥梁的震害表现，通过分析国内外不同历史时期几座典型跨海桥梁的抗震和减震设计，总结了跨海桥梁抗震技术的发展;详细综述了海底强震观测记录分析与研究概况，以及海底地震动数值模拟与理论解析的主要成果。　　(2)利用日本K-NET台网与美国SEMS台网中的强震观测记录，比较了海底与陆地地震动的加速度时程曲线及其峰值加速度、水平弹性反应谱、竖向与水平反应谱的比谱（V/H比谱）和弹塑性反应谱，讨论了震级和震中距的影响。发现海底地震动的竖向与水平峰值加速度比仅是陆地地震动的1/2左右，且推断竖向与水平峰值加速度比受场地条件影响较大;海底地震动水平向弹性反应谱与临近陆地台站水平谱比较，特征周期较长，长周期成分更丰富，与通常研究的陆地软土场地的水平向弹性反应谱特性有相似之处;水深对海底地震动水平谱的影响较小;研究发现海底地震动竖向与水平反应比谱（V/H比谱）在小于1s的周期段明显小于陆地地震动的V/H比谱，考虑震级影响因素给出海底地震动竖向与水平反应比谱的简化公式。此外，海底与陆地地震动的水平弹塑性反应谱差别不大。　　(3)基于ADINA软件将海水层设为势流体单元并设置流固耦合边界、流体无限域边界和流体自由表面边界，以及土层设置粘弹性人工边界考虑无限地基的辐射阻尼效应，建立了可考虑地震外源波动输入的包括海水与海底覆盖层的海底场地数值模型。分析了海底表面淤泥软土层、地形（斜坡场地）、海水深度、成层场地、P波与SV波入射角度等对海底地震动的影响。研究表明，海床表面淤泥软土层对SV波水平向地震动有明显放大效果，淤泥软土层是造成海底地震动的V/H比谱(频率大于0.8-1.0Hz)降低的主要因素;海底地形（坡形场地）对海底地震动有较大的影响，坡形场地会放大P波竖向成份;水平场地海水层主要在P波与海水共振频率范围内对海底地震动竖向反应降低较大，但海水层几乎不影响SV波的水平向地震动。　　(4)基于海底地震动的数值模拟方法，建立桩-土-海水-跨海桥梁耦合地震反应分析模型，提出了在塔（墩）梁间设置防屈曲支撑(BRB)的斜拉桥新的耗能减震方式（新型结构），分别计算了塔（墩）梁间设置BRB的斜拉桥结构、全漂浮体系斜拉桥结构和塔（墩）梁间设置粘滞阻尼器的斜拉桥结构的地震反应。就实例桥梁分析发现:设置BRB的桥梁结构对支座和塔顶的相对位移控制较为有限，但很大程度降低了塔底及辅助（过渡）桥墩的弯矩。设置粘滞阻尼器的桥梁结构可以有效的减小支座（或主梁与桥塔（墩））的相对位移反应，对塔顶相对于塔底（承台顶）的位移也有较好的控制，但明显增大了塔底及辅助（过渡）墩底的弯矩。
作者：	陈宝魁
专业：	防灾减灾工程及防护工程
导师：	李宏男;王东升
授予学位：	博士
授予学位单位：	大连理工大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文