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考虑土—结构相互作用的客运专线双柱式桥墩抗震性能研究

作　者: 杜伟
导　师: 朱晞；杨庆山
学　校: 北京交通大学
专　业: 防灾减灾及防护工程
关键词: 土—结构相互作用地基柔性效应运动学效应地基阻尼效应时程分析能力谱方法双柱式桥墩
分类号: U443.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

土—结构相互作用问题一直是桥梁抗震研究中的难点。双柱式桥墩作为我国铁路客运专线主要采用的桥墩形式之一,其抗震安全性的研究是个值得关注的课题。本文以客运专线双柱式桥墩为研究对象,引入了一种基于能力谱法考虑土与结构动力相互作用的方法,探讨土—结构相互作用的地基柔性效应、运动学效应和地基阻尼效应对地震响应的影响,为土—结构相互作用的研究以及工程抗震设计提供参考依据。为此,本文主要做了以下几点工作:1.简要介绍了土—结构相互作用的基本分析理论和建模方法;介绍了结构弹塑性地震反应分析的基本理论,包括弹塑性动力时程分析和弹塑性静力分析方法的理论基础。2.应用SAP2000程序分别建立了双柱式桥墩横向有车和纵向无车的刚性地基有限元模型;依据与我国规范相适应的四类场地特性,分别用m法和美国FEMA356中的方法计算地基柔度系数,建立了对应于不同场地类型的桥墩横向和纵向柔性地基模型;选取每类场地各7条共28条实际地震记录作为地震动输入,对桥墩线弹性、弹塑性刚性地基模型以及代表四类场地的柔性地基模型进行了动力时程分析;对比分析了两种计算地基柔度系数的方法以及线弹性和弹塑性地震响应的差异,研究了土—结构相互作用的地基柔性效应、场地特性对结构地震响应的影响。3.介绍了FEMA440中可以考虑运动学效应和地基阻尼效应的简化计算方法以及改进的等效线性化方法;分别对四类场地类型的桥墩横向和纵向柔性地基模型进行Pushover分析得到能力谱,采用所选的28条实际地震记录以及我国《铁路工程抗震规范》的设计谱作为需求谱,通过FEMA440中可以全面考虑土—结构相互作用三种效应的能力谱方法进行分析;分别研究了地基柔性效应、运动学效应和地基阻尼效应对结构地震响应的影响,对比分析了规范设计谱与所选地震波反应谱作为需求谱时的计算结果,以及时程分析与能力谱方法的计算结果。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
第1章绪论  10-19
  1.1 选题的背景及意义  10-11
  1.2 桥梁震害现象  11-13
  1.3 桥梁抗震分析方法的发展与现状  13-15
    1.3.1 确定性抗震分析方法  13-14
    1.3.2 非确定性抗震分析方法  14-15
  1.4 土—结构相互作用的研究进展  15-16
  1.5 本文研究内容及工作安排  16-19
第2章土—结构相互作用的基本分析原理  19-26
  2.1 土—结构相互作用问题的概述  19-21
  2.2 土—结构相互作用的分析与建模方法  21-26
    2.2.1 解析分析方法  21-22
    2.2.2 数值分析方法  22-24
    2.2.3 土—结构相互作用系统的建模方法  24-26
第3章结构弹塑性地震响应分析的基本理论  26-38
  3.1 引言  26
  3.2 弹塑性动力时程分析方法理论基础  26-33
    3.2.1 离散体系动力学方程式的建立  26-28
    3.2.2 求解结构运动方程的逐步积分法  28-31
    3.2.3 钢筋混凝土的恢复力模型  31-33
  3.3 弹塑性静力分析方法理论基础  33-38
    3.3.1 Pushover分析的基本原理  33-34
    3.3.2 等效单自由度体系的建立  34
    3.3.3 几种常用的水平加载模式  34-35
    3.3.4 Pushover分析的基本步骤  35
    3.3.5 确定结构地震响应的能力谱法  35-38
第4章双柱式桥墩地震响应时程分析  38-55
  4.1 引言  38
  4.2 双柱式桥墩有限元模型的建立  38-46
    4.2.1 工程概况  39
    4.2.2 线弹性模型的建立  39-40
    4.2.3 弹塑性模型的建立  40-43
    4.2.4 柔性地基模型  43-46
  4.3 地震波的选取  46-47
  4.4 计算结果分析  47-55
    4.4.1 自振特性计算结果  47-49
    4.4.2 线弹性与弹塑性地震响应的对比分析  49-51
    4.4.3 地基柔性效应的影响  51-53
    4.4.4 场地特性的影响  53-55
第5章考虑土—结构相互作用的能力谱方法在桥墩地震响应分析中的应用  55-78
  5.1 引言  55
  5.2 考虑土—结构相互作用的能力谱方法  55-67
    5.2.1 考虑基础运动学效应的简化方法  55-56
    5.2.2 考虑地基阻尼效应的简化方法  56-60
    5.2.3 FEMA440中改进的能力谱法  60-67
      5.2.3.1 等效线性化的基本参数  60-65
      5.2.3.2 改进的能力谱法具体实施步骤  65-67
  5.3 考虑土—结构相互作用的能力谱法计算过程示例  67-72
  5.4 计算结果分析  72-78
    5.4.1 土—结构相互作用的影响  72-76
    5.4.2 能力谱方法与时程分析方法结果的对比  76-78
第6章结论与展望  78-81
  6.1 结论  78-79
  6.2 展望  79-81
参考文献  81-83
作者简历  83-85
学位论文数据集  85

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