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原文传递多维激励下隔震曲线梁桥的非线性随机动力响应及可靠度分析

论文题名：	多维激励下隔震曲线梁桥的非线性随机动力响应及可靠度分析
关键词：	隔震曲线梁桥;地震作用;随机动力响应;振动控制;动力可靠度
摘要：	曲线梁桥因能够克服复杂的地形、地物条件，满足路线整体上的连续性，在建筑上具有流畅平顺的线条，因此在国内外城市高架、立交桥梁以及高速公路工程中得到广泛的应用。然而曲线梁桥由于上部结构的不规则性往往会导致结构在地震过程中出现“弯扭耦合”现象，使得其在地震灾害中往往比直线桥梁破坏的更为严重。因此，分析隔震曲线梁桥在罕遇地震作用下的非线性随机动力响应及可靠度，对研究曲线梁桥的抗震性能具有重要的意义。　　本文根据隔震曲线梁桥复杂的力学特性，借助MATLAB软件对隔震曲线梁桥的非线性随机动力响应、振动控制以及动力可靠度等方面展开了一系列的研究，具体研究内容如下：　　（1）本文根据已有的双质点六自由度简化模型，利用经典的Bouc-Wen模型模拟隔震曲线梁桥在罕遇地震过程中出现的滞变特性。建立考虑上部结构偏心的非线性动力方程，运用Runge-Kutta法求解非线性动力方程，分析罕遇地震作用下地震动入射角度、曲率半径和支座屈服比对隔震曲线梁桥非线性动力响应的影响。　　（2）针对随机激励下结构的地震响应也是一个随机过程这一问题，借助随机振动理论，建立考虑上部结构偏心的非线性随机振动方程。将该方程进行随机等效线性化后，利用欧拉公式将虚拟激励变为简谐外荷载结合精细积分法推导出不同调制函数下的特解精细积分格式。运用这些积分格式对每一时刻的响应进行求解，得到隔震曲线梁桥在多维平稳、非平稳随机激励下的位移、速度功率谱密度和时变方差。分析考虑扭转分量的平稳和非平稳随机激励对不同桥面宽度、曲率半径以及支座屈服比的隔震曲线梁桥随机动力响应的影响。　　（3）罕遇地震作用下，隔震曲线梁桥会发生弹塑性变形，为了有效的抑制隔震曲线梁桥地震中出现的过大梁体及支座位移，采取半主动控制策略来保证其安全性。首先建立隔震曲线梁桥的非线性振动控制方程，然后将该方程基于零滞变位移条件等效线性化后，求出在确定激励和随机激励下序列最优控制的最优控制力。基于经典线性最优控制(COC)和序列最优控制(SOC)，分别对隔震曲线梁桥在确定地震激励、平稳和非平稳随机激励下的地震响应进行了振动控制分析，并对比分析了三种控制状态下隔震曲线梁桥的动力响应。　　（4）为了客观的评价曲线梁桥的抗震性能，将地震造成的损失降到最低。从可靠度的角度出发，建立隔震曲线梁桥下部结构和隔震支座在罕遇地震作用下的功能状态函数。基于首次超越破坏理论，分析平稳和非平稳随机激励下不同桥面宽度、曲率半径以及支座屈服比对有控和无控状态下隔震曲线梁桥动力可靠度的影响。
作者：	王建成
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	李喜梅
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州理工大学
学位年度：	2021