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地震和波浪联合作用下深水桥梁动力响应研究
| 论文题名： | 地震和波浪联合作用下深水桥梁动力响应研究 |
| 关键词： | 深水大跨桥梁;时程分析;动水效应;地震;波浪联合作用;易损性分析 |
| 摘要： | 经济的快速发展对基础交通建设提出了更高的要求，桥梁也随之朝着跨度更大、涉水更深的方向发展。当桥梁结构处于深水环境时，会受到地震和波浪等多种灾害的作用，作用机理十分复杂，更加容易导致桥梁结构的破坏。而目前对于该方向的研究还十分稀少。因此，对于深水桥梁结构在地震和波浪联合作用下的动力响应及其结构易损性分析显得十分重要。本文研究成果可以为深水大跨桥梁结构的抗震设计及震后结构破坏程度预测提供理论参考。 本文基于简化的辐射波浪理论计算地震作用时的内域水附加质量，使用基于频率降低率的附加质量比法计算地震作用时的外域水附加质量，利用绕射波浪理论计算波浪力，以一高墩大跨连续刚构桥为例，对其进行了仅地震作用、仅波浪作用及地震、波浪联合作用下的数值分析，在此研究的基础上以谱加速度为地震动强度指标，对该桥梁结构进行了易损性分析。本论文的主要研究内容如下： （1）利用有限元软件ANSYS建立该深水大跨桥梁结构有限元模型，并依据相应分析方法求解出内外域水附加质量与波浪力大小，将其施加到结构上进行时程分析。 （2）对该深水大跨桥梁结构在仅受地震作用下有无水、不同水深及有无内域水对结构动力响应的影响进行了对比分析。结果表明，仅地震作用时，满水工况下动水效应减小了结构的自振频率与加速度；不同水深对桥梁结构响应的影响规律与地震波频谱特性、结构本身的特性相关，对于位移响应，墩顶位移随水深的增加呈现先增大后减小趋势，对于弯矩和剪力，因不同地震波频谱特性随水深增加呈现出增大、先减小后增大两种趋势；内域水对结构地震响应的影响不可忽略。 （3）对深水大跨桥梁在不同波长的波浪单独作用下的动力响应进行了分析。结果表明，波长的增加增大了波浪力从而增大了桥梁结构的动力响应，当作用于桥梁结构的波浪频率与结构自身频率相近时，单独作用波浪会显著的增大桥梁结构的动力响应。 （4）对深水桥梁结构进行地震和波浪联合作用分析，且与单独作用地震和单独作用波浪得到的动力响应进行对比分析。结果表明，远离结构自振频率的波浪对结构地震位移响应的影响较小，对结构弯矩等内力的影响较大，应合理考虑。 （5）对该刚构桥在地震动不确定情况下的易损性进行了研究，利用PSDA方法给出了主墩与辅助墩的易损性曲线。结果表明，损伤概率随谱加速度的增大而增大，轻度损伤对地震动十分敏感，主墩的破伤概率较辅助墩小。 |
| 作者： | 苏京华 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 柳春光 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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