详情

原文传递桥梁抗震分析的随机理论及应用研究

论文题名：	桥梁抗震分析的随机理论及应用研究
关键词：	桥梁结构;抗震性能;地震反应分析;随机振动
摘要：	大跨度桥梁作为重要的公共设施，其安全性格外重要。如何在设计和建造阶段就使它们具有足够的抗震能力以及合理的安全度，一直是国内外学术界和工程界关注的重要课题。几十年来，桥梁的抗震研究取得了很大成果，但由于抗震问题的多样性和复杂性，尚有许多问题需要进一步研究。其中，结构动力学的随机理论在桥梁抗震中的应用就是近年来桥梁工程中研究的热点问题。论文就这一问题进行了研究，主要内容有： (1)修正了《与规范反应谱相对应的金井清谱的谱参数》一文中求解绝对加速度反应方差积分的解析表达式中公式(13)的缺点，推导了地震激励为白噪声时，绝对加速度反应标准差σn(ωε，ξ)的解析表达式。 (2)在桥梁抗震分析中，运用质量弹簧阻尼模型来模拟桩-土-结构的动力相互作用，分析了考虑桩.土作用与否对桥梁地震响应的影响。 (3)基于随机振动理论及反应谱方法，研究了大跨度桥梁的行波效应、相干效应及局部场地效应影响，并与规范反应谱方法计算结果进行了分析比较。结果表明：不计地震动空间变化时，随机振动分析与反应谱方法本质上是一致的；行波效应和相干损失对连续刚构内力有一定影响，多数情况下，随机振动计算结果要大于反应谱分析结果；局部场地效应对结构响应的影响相当大，对于基础地质条件差异较大的桥梁，分析时应当考虑局部场地效应。 (4)结构参数和地震激励的随机性是桥梁抗震分析中较为重要的问题。在随机有限元中引入虚拟激励法，推导了有随机参数的结构在平稳随机地面加速度作用下的随机有限元递推方程。按局部平均理论和空间杆系分离随机场模型来离散、建立有限元模型，并利用矩阵正交化技术，减少计算量。然后求解随机有限元零阶、一阶和二阶递推方程组，即可求出具有二阶精度的均值和具有一阶精度的方差的结构响应。运用程序开发工具C++Builder编制了相应的计算程序，并用Monte Carlo检验了程序的有效性和正确性，最后，计算了具有随机参数的高墩大跨连续刚构桥梁和新式钢箱提篮拱桥在随机地震激励下的动力响应。 (5)根据交变荷载作用下弹塑性有限元的基本理论，运用增量初应力方法，采用Jhansale模型描述材料的瞬态应力应变关系，推导了随机交变荷载作用下的弹塑性有限元迭代列式。依据随机疲劳寿命分析的基本原理，运用局部应力-应变法和疲劳累积损伤的Palmgren-Miner理论，结合随机加载下的弹塑性有限元方法，提出了一种估算桥梁构件在交变的地震荷载作用下随机疲劳寿命的估算方法，研究了大跨度钢拱桥有孔洞或截面受削弱的构件在地震激励下的低周疲劳寿命。 (6)考虑结构参数随机性的动力可靠度是桥梁抗震研究中的重要问题。基于随机分析的响应面理论和规范反应谱方法，提出了一种分析具有随机结构参数桥梁抗震可靠度的方法。通过拟合的多项式函数来近似替代表示结构随机输入与输出变量之间作用关系的功能函数，按照结构的破坏准则及其极限状态方程，进行可靠度分析。运用该方法研究了高墩大跨连续刚构桥在地震激励下设计基准期内的动力可靠度，分析时考虑了结构参数和场地土的随机性，分别计算了连续刚构在多遇地震、设防地震和罕遇地震作用下的失效概率，得到了结构在设计基准期内，“三水准设防标准”条件下的地震可靠度。结果表明，该桥设计满足抗震规范要求。
作者：	陈兵
专业：	桥梁及隧道工程
导师：	赵雷
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2008
正文语种：	中文