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原文传递非一致激励下的大跨度铁路悬索桥地震响应研究

论文题名：	非一致激励下的大跨度铁路悬索桥地震响应研究
关键词：	大跨度铁路悬索桥;行波效应;多点激励;人工地震波;ANSYS有限元模型;时程分析法
摘要：	对于大跨度桥梁，考虑地震动的多点非一致输入是十分必要的。以往用时程分析法探讨大跨度桥梁在非一致激励下的地震响应变化规律时，地震波的选取具有很大的随机性，且缺乏采用足够数目的地震波进行计算统计的规律性研究。同时，在考虑非一致激励时，目前仍存在着行波输入与考虑各点相关性的多点激励两种地震动输入方式，而针对这两种输入方式下桥梁地震响应的不同却缺乏研究。针对这种情况，本文结合某拟建的大跨度铁路悬索桥进行以下研究：　　1.建立了该大跨度铁路悬索桥的ANSYS有限元模型，计算给出了其前20阶自振周期及振型描述，并通过与MIDAS模型计算的自振周期对比，验证了本文建立的ANSYS有限元模型的准确性及可靠性。然后对其自振特性进行分析，得到了一些有意义的结论。　　2.结合文中生成的人工地震波，对该大跨度铁路悬索桥进行了一致激励下的地震响应分析，并分别从时域和频域的角度分析了其主要地震响应的时域变化过程以及主要控制振型。研究结果表明，(1)采用柔性中央扣的大跨度铁路悬索桥，主梁两端的顺桥向位移由其前两阶纵漂振型控制，但其顺桥向刚度仍然较小，还需进一步采取减震措施。(2)一致激励下，桥塔各截面轴力主要控制振型包括主桁一阶竖弯振型、主缆前几阶振型以及桥塔各自的一阶主振型，而各控制截面顺桥向弯矩、剪力主要控制振型均为桥塔各自的一阶主振型。塔顶顺桥向位移主要受主缆前几阶振型以及桥塔自身的一阶主振型影响。　　3.进行了视波速为500m/s、1000m/s以及2000m/s三种波速行波输入下的大跨度铁路悬索桥的地震响应分析，给出了不同波速下行波效应对大跨度铁路悬索桥的地震响应影响规律，并结合各响应时程曲线及幅值谱的区别，分析研究了各响应主控振型的变化。研究结果表明，考虑行波效应后，造成桥梁各部位地震响应发生变化的主要原因是两侧主缆锚固位置相对位移加大，导致桥梁主桁的一阶对称竖弯振型被激发，而由于各项地震响应对该振型发生变化的敏感性不同，相互间变化规律也有所区别。　　4.进行了视波速为500m/s、1000m/s以及2000m/s三种波速多点激励下的大跨度铁路悬索桥的地震响应分析，通过与一致激励及行波输入下的桥梁地震响应对比分析，给出了不同波速下多点激励对大跨度铁路悬索桥的地震响应影响规律，并结合各响应时程曲线及幅值谱的区别，研究了各响应主控振型的变化，并分析给出了多点激励输入与行波输入间的区别。考虑多点激励时，相对于一致激励情况，桥梁各主要地震响应幅值谱基本变化不大，均没有表现出主要控制振型发生改变的现象，且主梁一阶对称竖弯振型被激发的程度也远较行波输入中弱。研究结果表明，在计算大跨度铁路悬索桥非一致地震作用下的响应时，由于行波输入与多点激励这两种输入方式在各点间相对位移的描述上有着本质的区别，对于受地面各点相对位移影响较大的结构，应选取合理的地震动输入方式，同时，关于地震过程中地面各点间相对位移的监测工作亟需进一步开展。
作者：	杨海洋
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	钟铁毅
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文