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原文传递大跨度多塔斜拉桥随机地震响应分析及应用研究

论文题名：	大跨度多塔斜拉桥随机地震响应分析及应用研究
关键词：	大跨度多塔斜拉桥;随机地震激励;动力响应;参数模拟
摘要：	对于地处大江口或者大山谷等需要建造桥跨工程的工程地址，采用跨越能力一般的梁桥或拱桥结构可能难以达到建设要求，在特殊情况下即使斜拉桥或悬索桥也难以一跨跨越大江或山谷。在此类背景下，多塔斜拉桥这类桥型应运而生并逐渐广为应用。多塔斜拉桥一般指主塔为三座以上、主跨为两跨以上的斜拉桥结构型式，由于中间塔的存在，各面斜拉索及各主梁之间相互影响联动传递受力，使多塔斜拉桥表现出异于一般两塔斜拉桥的力学行为特点。而随着社会经济的发展和需要，单跨跨径较大的多塔斜拉桥也逐渐进入人们视野，对于单跨跨径超过400米、主塔数量达到五塔甚至六塔的超长大跨度多塔斜拉桥，其受地震作用的结构行为反应是桥梁设计师们进行动力设计时所重点关注的，在选择地震分析计算方法时，随机振动分析方法相比较传统反应谱法及时程分析法，具有更好的统计意义，笔者采用随机振动分析方法对大跨度多塔斜拉桥进行地震响应分析，得到的结果参数均方根响应具有概率意义上的代表性。　　嘉绍跨江大桥为六塔双幅四索面斜拉桥，单跨跨径为428米，全桥总长2680米，是世界最长斜拉桥。笔者以该桥作为工程背景，采用随机振动分析方法对超长大跨度多塔斜拉桥的地震动力响应进行了系统研究，主要研究内容如下: 　　1、首先综述整理了国内外大跨度多塔斜拉桥的发展历程、阐述了现有的桥梁结构地震分析方法。在第二章中对大跨度结构计算分析采用的平稳及非平稳随机地震功率谱模型及相关参数予以说明并选择。基于结构动力学原理，对平稳随机振动的常规算法和虚拟激励法进行了理论解释和公式推导。　　2、研究了大跨度多塔斜拉桥基本动力特性，与两塔斜拉桥进行了差异比较。采用胡聿贤周锡元提出的金井清功率谱改进模型作为激励输入，在第四章对大跨度多塔斜拉桥进行多维多点平稳随机地震激励分析，包括一维及多维地震一致激励，以及考虑地震动空间特性的非一致激励，空间特性包含行波效应、空间相干效应和局部场地效应。结果表明:大跨度多塔斜拉桥具有较强的空间耦合特性，尤其是竖向激励对纵向、横向激励响应的耦合效应不可忽略;三种地震动空间特性对结构不同位置内力和位移的影响规律和程度不一致，其中行波效应对大跨度多塔斜拉桥这类长尺寸多支承点结构的影响非常明显，而各塔受地震动空间特性影响的响应规律不是全部一致的，需独立分析。此外，对比研究了大跨度两塔斜拉桥与大跨度多塔斜拉桥受地震空间特性影响的结构响应规律异同，三类空间效应在两类桥型中产生的影响规律基本一致，但影响程度各有不同。　　3、在第五章对大跨度多塔斜拉桥受非平稳随机振动的计算原理进行了推导，并给出了大质量法直接求解绝对位移的公式表达，以及对采用ANSYS自编程序APDL通过完全瞬态分析计算非平稳随机地震的程序实现进行了推导和说明。计算得到了大跨度多塔斜拉桥结构受多维多点非平稳地震激励下主梁和主塔关键截面位移和内力结果，结果表明采用非平稳随机地震计算方法相比较平稳随机地震计算方法结果将偏保守10％-30％。计算分析了不同场地条件下嘉绍大桥关键截面的内力和位移响应，与平稳随机激励分析计算结果相比，地震动空间场地效应对结构结果参数的影响程度基本一致。　　4、在第六章中进行了结构弹性模量、刚性铰构造、功率谱模型选择、模态数目以及塔梁约束构造等结构参数和计算参数对大跨度多塔斜拉桥受随机地震作用下结构响应的影响分析，计算结果可为同类桥梁的设计、计算提供参考。　　5、在第七章中应用前述计算得到的随机地震计算结果，对嘉绍跨江大桥的动力可靠度进行计算分析。计算采用验算点法，得到的计算结果表明嘉绍跨江大桥动力可靠性是安全可靠的，计算理论和方法可为大跨度多塔斜拉桥相关计算提供参考。
作者：	孙才志
专业：	桥梁与隧道工程
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：	2014
正文语种：	中文