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原文传递非平稳地震激励下山区高墩桥梁随机响应计算理论及应用研究

论文题名：	非平稳地震激励下山区高墩桥梁随机响应计算理论及应用研究
关键词：	非平稳随机振动;虚拟激励法;高墩桥梁;多维多点激励
摘要：	中国西部山区铁路的发展使得大量高墩桥梁不断涌现，对于这部分桥梁基本上都超出了规范的要求属于非规则桥梁，具体表现为墩高、墩高差较大、大跨度、曲率半径小等特点。随机振动法是未来抗震分析方法发展的必然趋势，但是由于理论复杂性和计算效率低下而未在实际工程得到充分应用。基于以上两点，本文主要解决的问题就是如何利用随机振动理论来对山区高墩桥梁做抗震分析，同时，使得随机振动法可以在实际工程中应用，不局限于任何固定结构形式，所以本文将高效的虚拟激励法、绝对位移求解法和精细积分法与具有强大前后处理功能的通用有限元软件ANSYS相结合，基于APDL语言进行二次开发，在ANSYS中实现对山区高墩桥梁遭受多维多点平稳/非平稳随机地震激励下的随机响应分析，求解方便，便于在实际工程中应用。　　本文首先回顾了国内外大跨度高墩桥梁的发展以及随机振动理论在大跨度桥梁抗震分析中的应用，然后介绍了虚拟激励法在大跨度桥梁动力计算中的作用和应用，以及学者们探索虚拟激励法与通用有限元相结合的过程。从而，说明了随机振动理论在工程中的应用是能实现的和必然的。　　第二章为了将多维多点平稳随机理论应用到实际工程中，运用绝对位移直接求解多维多点激励地震动响应方程的方法，从理论上将一维的多点地震激励扩展到三维地震激励模型，避免了计算静力影响矩阵的繁琐，提出了多维多点平稳地震激励在ANSYS快速模拟方法，并通过数值算例验证其计算准确性和精度，将平稳随机振动转换为谐分析，操作方便，可详细地考虑地震动的空间效应（行波效应、场地效应和相干效应）对山区高墩桥梁地震响应的影响。　　第三、四章介绍了一个非平稳随机振动理论的分析方法，该方法是运用虚拟激励法来分析遭受多维空间变化地面运动激励的大跨结构的地震响应，同时，研究了局部场地效应对高墩铁路桥梁的地震响应的影响。绝对位移直接求解与虚拟激励法结合克服了传统的虚拟激励法的缺点，其实质的数学理论是一致的。为了将该理论应用到大而复杂的结构抗震分析中，先在通用有限平台上进行应用和验证，然后用来分析局部场地效应和地震动的非平稳性对高墩铁路桥梁的影响。得出的关键性结论将应用到高墩铁路桥梁设计和抗震分析中。　　为了进一步提高非平稳随机振动的计算效率，第五章提出了将精细积分方法与多维多点激励的直接求解的虚拟激励法相结合的方法，运用精细积分方法来计算每一个固定频率点下的瞬态分析，仅需计算两个瞬态分析就可以得到所有频率点下的响应时程，迅速地提高了计算效率。同时，提出了在通用有限元软件快速模拟的方法，这样既提高了计算效率，又传承了直接求解多维多点非平稳虚拟激励法的所有优点，节约了自编程序的时间和计算时间，进一步促进随机振动的抗震分析方法在实际工程中的运用。首次正确地推导了单自由度结构，受非均匀调制的非平稳随机振动激励时的解析解，可为以后学者研究非均匀调制的非平稳随机振动验证计算精度所用。以山区高墩桥梁为例，建立了高墩桥梁三维空间模型，分析了非一致场地的空间分布及地形对结构碰撞响应的影响。
作者：	贾宏宇
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	郑史雄
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文