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原文传递地震动转动分量合成及其作用下曲线梁桥动力弹塑性分析

论文题名：	地震动转动分量合成及其作用下曲线梁桥动力弹塑性分析
关键词：	曲线连续梁桥;动力弹塑性分析;地震动;转动分量
摘要：	随着地震观测技术的逐渐进步，人们已经认识到地震动不仅含有三个平动分量还含有三个转动分量，并开始对地震动转动分量及其对建筑结构的影响进行研究。由于转动分量观测设备难以普遍应用，所以人工合成地震动转动分量仍是工程界获取转动分量的常用方法。我国社会经济的快速发展使得曲线连续梁桥这种在高速公路桥梁和立交匝道桥梁中广泛使用的桥型越来越多，而我国公路桥梁抗震规范并未考虑地震动转动分量对曲线连续梁桥这种空间非对称结构的影响。为此，展开了如下工作：　　1、基于体波分解法基本原理，选取7条实际地震动平动分量，利用体波分解法合成地震动转动分量，并对其进行了傅里叶谱分析和加速度反应谱分析，主要结论有：　　（1）地震动平动分量中的水平分量富含频段为0.5Hz-2Hz，竖向分量富含频段为1Hz-10Hz，平动分量中10Hz以上频段含量很少，水平分量富含频段处的幅值高于竖向分量；转动分量富含频段为1Hz-50Hz，较平动分量含有更多高频成分，尤其是10Hz以上频段，摇摆分量的平均幅值要高于扭转分量的平均幅值。　　（2）转动分量含有较多短周期成分，谱角加速度达到峰值时的结构周期小于0.1s，更接近竖向分量反应谱，水平分量的反应谱含有更多长周期成分；转动分量反应谱相比平动分量反应谱更离散，不同地震动转动分量反应谱相差较大。　　2、为研究地震动转动分量对曲线连续梁桥动力弹塑性响应的影响，基于SAP2000有限元平台建立精细化有限元模型，分析了平动分量工况、转动分量工况、地震动六分量工况、平动分量加摇摆分量工况和平动分量加扭转分量工况下的结构响应，主要结论有：　　（1）地震动转动分量作用下曲线连续梁桥结构响应平均值的离散系数较大，考虑转动分量会增大地震动六分量作用下曲线连续梁桥结构响应平均值的离散系数，降低结构响应平均值的代表性。　　（2）地震动转动分量对曲线连续梁桥的地震响应造成很大影响，若仅考虑地震动平动分量容易低估或高估结构在地震作用下的响应。以墩底内力为例，考虑转动分量后会使边墩的最大墩底剪力增大，最大可达25.5%；使中墩的最大墩底弯矩减小，最大可达-16.2%；使次边墩的最大墩底扭矩增大，最大可达64.33%。　　（3）转动分量作用下曲线连续梁桥的构件最大响应出现的位置与平动分量下不同，考虑地震动转动分量后会使结构最大响应出现的位置发生改变。　　（4）地震动转动分量中，对曲线连续梁桥大部分结构响应起主要作用的为摇摆分量，扭转分量对除墩底扭矩外的其他响应影响较小。　　3、为研究地震动转动分量对曲线连续梁桥圆心角和墩高的敏感性，在保持墩高和跨径不变的情况下建立8个圆心角不同的模型以及在保持圆心角和跨径不变的情况下建立8个墩高不同的模型，分析不同模型在平动分量工况、转动分量工况和地震动六分量工况下结构的动力弹塑性响应以及转动分量对结构响应的影响规律，主要结论有：　　（1）圆心角过大时地震动转动分量会使曲线连续梁桥的部分响应增大，如圆心角120°时，地震动转动分量使边墩（1#桥墩和5#桥墩）最大墩底剪力平均增大了9.91%和9.05%，最大增大了16.63%和25.5%；圆心角过小时地震动转动分量同样会使曲线连续梁桥的部分响应增大，如圆心角15°时，地震动转动分量使中墩（3#桥墩）最大墩底扭矩平均增大了72.89%，最大增大了125.77%。因此，建议各圆心角的曲线连续梁桥均考虑地震动转动分量对结构响应的影响。　　（2）墩高过低或过高时更易出现地震动转动分量使结构响应增大的情况，如墩高45m时4#桥墩最大墩底剪力在考虑转动分量后最大增加了43.32%，平均增大了30.90%；最大墩底弯矩在考虑转动分量后最大增加了38.55%，平均增大了22.52%。如墩高10m时3#桥墩最大墩底扭矩在考虑转动分量后最大增加了87.30%，平均增大了34.19%。
作者：	王子豪
专业：	土木工程;桥梁与隧道工程
导师：	喻梅
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022