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原文传递大跨桥梁在地震载荷作用下的动力响应规律研究

论文题名：	大跨桥梁在地震载荷作用下的动力响应规律研究
关键词：	大跨悬索桥;地震载荷;结构动力学;时程分析
摘要：	大跨桥梁作为关键的交通枢纽在经济建设和国民生活中占据重要地位,一旦在地震中遭到破坏,将会导致巨大的经济损失,并严重影响到抗震救灾和恢复重建。研究大跨桥梁在地震载荷作用下的动力响应规律,不仅有助于详细了解在地震载荷下结构响应的全过程,以便认识结构在强动力载荷下的失效机制和结构的薄弱部位,而且可以为地震灾害预测、工程抗震鉴定以及加固改造等工作提供基础,具有重要的学术意义和工程价值。本文以润扬长江公路大桥的南汉悬索桥为工程背景,采用动力时程分析法对润扬悬索桥进行了结构弹性动力响应计算,并分析悬索桥各主要部件动力响应的规律和弹性应力波的传递特性。　　本文完成的研究工作和主要成果包括：⑴以润扬长江公路大桥南汉悬索桥为对象,建立了该桥的三维有限元模型并对模型进行验证,计算分析了该桥的结构动力特性,据此总结归纳出大跨悬索桥动力特性的主要特点；⑵在考虑结构阻尼及几何非线性影响的基础上,选取适合的地震波,采用动力时程分析法,对大跨悬索桥在地震载荷假设分解为横向、纵向、竖向振动分量各自单独作用,及三向分量共同作用下的弹性动力响应进行了计算,详细考察了四种地震载荷分量作用下悬索桥各主要部件的动力响应规律,据此分析得到了在地震载荷作用下大跨悬索桥结构动力响应的主要规律和弹性应力波在悬索桥结构中的传播特性；⑶对大跨悬索桥桥塔在地震载荷作用下的弹塑性动力响应进行分析,考察悬索桥的桥塔在强震作用下结构中的屈服区分布情况,分析得出大跨悬索桥桥塔结构在地震载荷作用下弹塑性动力响应的主要规律,并进而判明桥塔结构在地震载荷作用下的薄弱部位。　　本文的研究结果表明：地震载荷作用下悬索桥各主要构件中动力响应的峰值发生的时刻有先后差异,这是地震载荷导致的弹性应力波在悬索桥结构中传递的结果。地震在悬索桥结构中产生的弹性应力波由桥塔塔底沿桥塔向上传递,在下横梁处,应力波的一部分传向主梁,另一部分传向塔顶,在塔顶处,应力波传向主缆,并通过吊杆传向主梁。应力波在钢筋混凝土桥塔中的传播速度快于在主缆中的传播速度。在地震载荷作用下,悬索桥桥塔的塔柱在塔底处和下横梁处最易进入塑性,塑性区的发展也最快,是结构在地震载荷作用下最薄弱的部位。随着地震动的逐渐增强,桥塔的塔柱在下横梁处、塔底处、下横梁的梁端处、中横梁处和中横梁的梁端处先后进入塑性,并且各个塑性区不断发展。桥塔塔柱在下横梁处和塔底处的塑性区发展最快,塑性应变一直最大。　　本文研究得到的上述大跨桥梁在地震载荷作用下动力响应规律,有助于我们认识桥梁结构在强载荷作用下的结构应力分布规律,因此可作为进一步研究强载荷作用下桥梁结构薄弱部位及其局部细节处热点应力的基础,从而有助于认识强载荷作用下桥梁结构的损伤与失效机理；同时,对研究如何基于结构失效机理进行悬索桥结构抗震设计、提高大跨桥梁抗震防灾能力也将具有一定的参考价值。
作者：	隋良平
专业：	力学;工程力学
导师：	李兆霞
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文