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基于滞回耗能的Pushover分析方法的应用研究

作　者: 李永强
导　师: 虞庐松
学　校: 兰州交通大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: Pushover分析滞回耗能基于性能抗震设计模态
分类号: U442.55
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

桥梁是交通运输的枢纽,一旦重要桥梁遭受地震破坏,会给地震应急和震后恢复工作带来极大的困难。对现有桥梁结构的抗震能力进行评估可以从整体上把握桥梁结构各构件的破坏过程,了解结构抗震的薄弱环节并制定出相应的工程措施加以改善,为桥梁结构可靠性分析、损失评估以及桥梁加固优先级评价和地震应急决策提供必要的依据,是城市防震减灾的基础性工作之一。目前,抗震设计正在由传统的基于力的强度设计方法发展到基于性能或位移的延性抗震设计方法。基于性能的抗震设计作为地震工程发展的一种趋势,其基本思想将逐渐进入设计标准并应用于实际工程的设计。本文在总结国内外有关理论和方法的基础上,重点研究了Pushover分析方法,利用基于滞回耗能的模态Pushover分析方法对桥梁结构抗震能力进行评估,并通过算例加以验证。Pushover方法作为基于性能的抗震设计的一个重要手段,改进其计算精度以及探索更为简便和实用的方法成为现今研究的热点。本文着重在以下方面进行研究工作:1.提出了基于滞回耗能的改进Pushover分析方法。将收集到的多条地震波按照场地类别等进行分组,并建立起相应的滞回耗能谱。在Chopra的多模态Pushover分析方法和Aschheim提出的基于能量的位移的基础上,利用滞回耗能谱将基于能量的位移引入到Pushover分析中。本文采用杆模型来模拟桥墩受力,用Fortran90编制了计算滞回耗能谱的程序,采用SAP2000对桥墩进行推覆分析,利用滞回耗能谱和分阶段多步分析的方法对传统的各模态能力曲线进行了改良,并通过算例验证了本文方法的可行性;2.传统MPA方法在加载时,均是取本阶模态的弹性振型向量与质量的乘积,来作为该阶模态的加载矢量,且在推覆分析的过程中,认为这个振型向量是保持不变的。而本文中改良的MPA方法是在每一步加载时,位移形状向量取当前桥墩位移向量,从而加载荷载取当前位移向量与质量的乘积。这样形成的静力弹塑性方法与实际受力情况更为吻合。为此,本文通过考虑结构屈服后地震作用发生变化这一特性,得到改良后的能力曲线,并与传统能力曲线进行了比较。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-21
  1.1 前言  9
  1.2 桥梁结构的地震破坏形式  9-13
  1.3 桥梁结构的抗震设计方法  13-19
  1.4 国内外Pushover研究进展  19
  1.5 研究存在问题及发展方向  19-20
  1.6 本文的研究工作和内容安排  20-21
2 静力弹塑性分析方法  21-34
  2.1 Pushover分析方法的基本原理  21-23
    2.1.1 基本假设  21
    2.1.2 等效单自由度体系的简化  21-23
  2.2 侧向荷载分布模式  23-27
  2.3 模态Pushover方法及统一形式能力曲线的形成  27-29
  2.4 Pushover分析方法的实施步骤  29-30
  2.5 桥梁抗震能力评估模型  30-31
  2.6 静力弹塑性分析方法的优点与不足  31-34
    2.6.1 静力弹塑性分析方法的优点  31-32
    2.6.2 静力弹塑性分析方法的不足之处  32-34
3 基于能量的位移及滞回耗能谱  34-53
  3.1 引言  34
  3.2 基于能量的位移  34-38
    3.2.1 顶端位移的弊端  34-35
    3.2.2 基于能量的位移  35
    3.2.3 基于能量位移计算的理论基础  35-38
  3.3 单自由度体系能量的计算  38-47
    3.3.1 力学模型的确立  38-39
    3.3.2 运动方程的建立  39-41
    3.3.3 用逐步积分法求解运动方程  41-44
    3.3.4 能量反应的计算  44-47
  3.4 ΔE_n的计算及滞回耗能谱的产生  47-53
    3.4.1 滞回模型的确定  47-49
    3.4.2 地震波的选择与调整  49-51
    3.4.3 滞回耗能谱及其流程图  51-53
4 基于能量的位移及滞回耗能谱在MPA中的应用  53-63
  4.1 算例描述  54-55
  4.2 两种方法能力曲线的对比  55-62
  4.3 对比结论  62-63
5 结语与展望  63-65
  5.1 总结  63
  5.2 展望  63-65
致谢  65-66
参考文献  66-68
攻读学位期间的研究成果  68

基于滞回耗能的Pushover分析方法的应用研究

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