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原文传递基于ETM考虑行波效应的高墩大跨连续刚构桥地震易损性分析

论文题名：	基于ETM考虑行波效应的高墩大跨连续刚构桥地震易损性分析
关键词：	高墩大跨连续刚构桥;地震易损性;耐震时程法;行波效应
摘要：	非规则高墩大跨连续刚构桥以其经济性、适应地形能力强、跨度大等特点成为西南山区等复杂地形区域的首选桥型。这类高墩桥梁不但位于地震多发区，而且超过了现行规范的应用范围，给设计师带来了一定困难。目前，已有的大跨度桥梁易损性分析都是主要采用一致激励的情况，不考虑地震空间效应。但对于大跨度类桥梁结构，由于跨度大，各支点处地震波时滞明显，因此有必要在桥梁抗震性能评估中考虑行波效应。针对非规则高墩大跨连续刚构桥开展相应的研究，对完善特殊桥梁抗震设计理论尤为重要。耐震时程方法（Endurance time method， ETM）作为一种新的抗震性能方法，其地震幅值随时间不断增大，仅需少次非线性时程分析就可得到结构在不同地震强度下的响应，在大型复杂结构的非线性动力分析中极具优势。本文以一座墩高 192 米的七跨连续刚构桥为研究对象，利用耐震时程方法对桥梁进行了地震响应和损伤发展分析，与 IDA分析结果验证了该方法在复杂特殊桥梁中的适用性。在此基础上，开展了考虑行波效应的高墩大跨连续刚构桥地震易损性分析。本文主要研究内容如下：　　（1）耐震时程加速度曲线（Endurance time accelerogram，ETA）要求是从零时刻起到某一时刻t内其加速度反应谱与时间t成正比，采用非线性最小二乘法求解无约束变量优化方程，优化合成了三条持续时长为 30s 且符合我国桥梁抗震规范反应谱的耐震时程曲线，并将其在各时间段内的加速度反应谱、速度反应谱、位移谱与规范谱进行了对比。　　（2）基于CSiBridge软件建立三维空间有限元模型，将合成的三条耐震时程曲线分别沿纵、横桥向输入，同时选取 7 条天然地震动进行增量动力分析，对比研究了不同地震强度下桥梁地震响应，研究结果表明耐震时程方法可高效较准确预测高墩大跨连续刚构桥在不同地震强度荷载作用下的动力响应，其结果处于增量动力分析结果包络值内，避免了多次调幅，节省了大量计算时间。以墩顶、墩底开始屈服曲率为指标，对比讨论了两种方法下塑性铰出现顺序，结果表明仅需3 次时程分析就可较好地预测桥梁结构破坏过程，可成为快速预测结构失效的一种高效手段。　　（3）应用耐震时程方法并结合位移加载（DM）法探究了行波效应对桥梁地震响应的影响，结果发现：不同方向的行波激励对同一构件产生不同的影响；刚度较大的单肢空心薄壁墩在行波效应下规律性明显，而刚度较小的双肢实心墩在行波效应下规律与响应类型有关；一致激励下激励方向的改变不会对结构动力响应造成影响。通过将耐震持时 t 转化为谱加速度，基于能力需求比对数回归曲线可绘制出桥梁地震易损性曲线，研究结果表明行波效应会降低单肢空心薄壁墩发生轻微损伤和中等损伤的概率，但会增加支座发生破坏的概率；近波源处构件地震易损性受行波效应影响显著，较于远波源处构件更容易发生损伤破坏；评估行波效应对双肢实心墩地震易损性时需考虑激励方向。
作者：	李虹剑
专业：	土木工程;桥梁与隧道工程
导师：	彭凯
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023