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多振型组合的钢管混凝土拱桥Pushover分析
| 论文题名： | 多振型组合的钢管混凝土拱桥Pushover分析 |
| 关键词： | 钢管混凝土拱桥;静力弹塑性分析法;抗震性能;结构设计 |
| 摘要： | 钢管混凝土拱桥的抗震性能一直备受关注，本文以基于结构性能的抗震设计理念为应用背景，对钢管混凝土拱桥进行研究。目前基于结构性能的抗震设计理念分析主要采用两种方法：非线性时程分析和静力弹塑性分析(Pushover)。时程分析虽然是较精细分析方法，但对地震动记录非常敏感且计算量大、耗时多；然而，Pushover方法因为简单有效而成为基于性能设计的热点课题，该方法可以避免非线性时程分析的复杂性和不确定性。本文尝试将Pushover分析方法应用于钢管混凝土拱桥的抗震性能评估，对促进基于性能的桥梁结构设计和评估的研究与实践，有着重要的理论价值和现实意义。 本文以实际工程潮白河大桥为研究对象，首先建立了该钢管混凝土拱桥的空间有限元分析模型，并对其进行了模态分析，获得了前60阶模态参数，为进一步的Pushover分析准备数据。 之后，研究分析了拱桥Pushover分析方法的基本原理、基本假定、影响因素以及传统的Pushover分析方法。与传统方法不同，本文中直接获得等效单自由度体系equivalent-single-degree-of-freedom(ESDOF)的恢复力Q?与位移x?，直接建立ESDOF的能力曲线，从而既实现了三维加载模式，又符合理论推导。 其次，基于拱桥Pushover分析方法理论，选取按振型Φ加载的方式加载，并考虑高阶振型的影响，按横向振动有效质量系数和达到90％以上为原则选取振型向量Φ1和Φ5加载，直接获得相应的等效单自由度体系ESDOF1和ESDOF5。对原结构度多自由度体系muti-degree-of-freedom(MDOF)和ESDOF1、ESDOF5分别进行了天津地震动、EL Centro地震动和阪神地震动这三条地震动下的弹塑性时程分析，将MDOF分别与考虑多振型组合的ESDOF、以及仅考虑振型1的ESDOF的地震响应峰值进行对比分析。结果表明考虑多振型组合的Pushover分析方法与原结构MDOF响应峰值吻合的较好，误差都在?20%以下；然而不考虑多振型组合的Pushover分析方法与原结构MDOF吻合的很差，误差都在?20%以上，不满足实际工程精度要求，从而验证了基于多振型组合的Pushover分析的钢管混凝土拱桥抗震性能评估方法的可行性，且精度满足实际工程需求。 最后，将Pushover分析方法和增量动力分析IDA结合起来，尝试用多个等效单自由度体系的恢复力模型近似代替原结构进行IDA分析，这样不仅计算代价小，而且结果吻合较好，误差都在?20%以内，将考虑多振型组合的Pushover分析方法与IDA方法结合在一起，从而实现了对钢管混凝土拱桥全面的抗震性能评估，对基于结构性能的桥梁设计和评估的研究与实践，有一定的参考意义。 |
| 作者： | 高龙涛 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 边文凤 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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