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原文传递黄土地裂场地桥梁结构地震反应分析

论文题名：	黄土地裂场地桥梁结构地震反应分析
关键词：	桥梁抗震;地震响应;时程分析;黄土地裂场地
摘要：	探索地裂缝对桥梁结构地震反应的影响，是工程抗震防灾减灾研究和桥梁结构抗震设计提出的新课题。黄土地裂场地是一种特殊的工程场地，目前国内外关于黄土地裂场地桥梁结构地震反应研究尚处于空白。本文针对这一崭新课题，以西安地区黄土地裂场地为研究工作背景，采用跨学科、跨专业的研究手段，进行了比较基础性的试探研究，并且初步取得了一些具有创新性的成果。本文旨在初步探索一般混凝土公路梁桥，在黄土地裂场地上考虑近震、远震等条件下的地震反应，与普通场地条件下地震反应的差异。为此，本文主要完成的关键性工作有。 (1)黄土动三轴试验与黄土动力本构关系计算模型的确定。本文研究探讨了土的各种本构关系的理论模型，并且通过完成大量黄土土样在不同围压下的动三轴试验，获得了黄土的动力实验关系曲线。本文认为粘弹性Hardin双曲线模型适合于描述黄土，在一定的应变范围内可以简化为直线关系。 (2)黄土场地土层勘探、动力特性实验与有限元土体模型。详细搜集研究了我国黄土地层分布资料，完成了实际场址土层勘探以及动特性(剪切波速等)实验。在此基础上建立了土体的二维层状有限元模型，它能够适合于一般黄土场地的有限元动力计算。 (3)地裂缝竖向分布勘探测试实验和地裂缝的模拟建模方法。实验方法定量地勘探测试了西安地裂缝的竖向分布状况；同时，研究和尝试了有限元的各种高级建模技术，将“生死单元”与“参数弱化”技术相结合，寻求到了地裂缝模拟建模的一条新途经。 (4)研究了一般黄土场地的地震反应。采用“大质量法”从模型底部边界施加地震激励，研究了一般黄土场地的地震时程反应。本文借用几条频谱特性不同的典型地震记录，分别以0.1g、0.2g和0.4g最大加速度幅值水平，对两种尺寸的场地模型，模拟了场地在大、中、小震，和近震远震条件下的地震反应。 (5)研究了黄土地裂场地的地震反应。在有限元土体模型中，利用本文的方法近似模拟构造了地裂缝缺陷，建立了黄土地裂场地的计算模型。以地裂缝的深度为研究参数，借用几条频谱特性不同的地震记录波作为激励波，进行了一系列的动力时程计算。研究结果揭示：黄土地裂场地的地震反应，与地裂缝深度、激励波的频谱等因素之间的关系丰富。 (6)实际桥梁结构的地震反应研究。参照混凝土桥梁的标准设计，构造了两个混凝土梁桥的结构模型；分别对比计算了直接由桥墩底部、经由一般黄土场地，和经由黄土地裂场地，输入水平地震激励时，结构顺桥方向的时程反应。实际桥梁结构的地震反应研究表明，黄土地裂场地条件对桥梁结构的地震反应有多方面的影响。 (7)开发编写了基于EMD的数据处理程序。基于EMD(Empirical Mode Decomposition，经验模态分解)原理，在MATLAB环境中，开发编写了能够剔除结构地震反应“位移漂移”成份的算法程序，成功地完成了结果数据的后处理。本文的创新之处在于： (1)国内首次提出该课题的研究。采用跨学科、跨专业的研究手段，在线弹性范围内，比较系统的完成了试探性研究，并且取得了初步的成果。研究结果发现，黄土地裂场地对于输入的地震激励波存在显著的修正作用。 (2)从土体模型和土的本构关系的建立，到选择地震激励输入方式、确定动力计算方法、编制APDL计算程序、以及结果数据的后处理，摸索到了一套完整的跨学科、多方法的研究方法和各种先进算法的集合应用方式。 (3)将经验模态分解法与输入地震激励的“大质量”法相结合，找到了能够有效消除地震反应“位移漂移”成份的一种新途经。另外，作者还使用了国际上科学论文通用排版软件LaTex，完成了本文的撰写和排版。
作者：	傅光耀
专业：	道路与铁道工程
导师：	刘健新
授予学位：	博士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文