大跨度多塔斜拉橋隨機(jī)地震響應(yīng)分析及應(yīng)用研究.pdf

1、對(duì)于地處大江口或者大山谷等需要建造橋跨工程的工程地址，采用跨越能力一般的梁橋或拱橋結(jié)構(gòu)可能難以達(dá)到建設(shè)要求，在特殊情況下即使斜拉橋或懸索橋也難以一跨跨越大江或山谷。在此類(lèi)背景下，多塔斜拉橋這類(lèi)橋型應(yīng)運(yùn)而生并逐漸廣為應(yīng)用。多塔斜拉橋一般指主塔為三座以上、主跨為兩跨以上的斜拉橋結(jié)構(gòu)型式，由于中間塔的存在，各面斜拉索及各主梁之間相互影響聯(lián)動(dòng)傳遞受力，使多塔斜拉橋表現(xiàn)出異于一般兩塔斜拉橋的力學(xué)行為特點(diǎn)。而隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和需要，單跨跨徑較大的

2、多塔斜拉橋也逐漸進(jìn)入人們視野，對(duì)于單跨跨徑超過(guò)400米、主塔數(shù)量達(dá)到五塔甚至六塔的超長(zhǎng)大跨度多塔斜拉橋，其受地震作用的結(jié)構(gòu)行為反應(yīng)是橋梁設(shè)計(jì)師們進(jìn)行動(dòng)力設(shè)計(jì)時(shí)所重點(diǎn)關(guān)注的，在選擇地震分析計(jì)算方法時(shí)，隨機(jī)振動(dòng)分析方法相比較傳統(tǒng)反應(yīng)譜法及時(shí)程分析法，具有更好的統(tǒng)計(jì)意義，筆者采用隨機(jī)振動(dòng)分析方法對(duì)大跨度多塔斜拉橋進(jìn)行地震響應(yīng)分析，得到的結(jié)果參數(shù)均方根響應(yīng)具有概率意義上的代表性。
　　嘉紹跨江大橋?yàn)榱p幅四索面斜拉橋，單跨跨徑為428米

3、，全橋總長(zhǎng)2680米，是世界最長(zhǎng)斜拉橋。筆者以該橋作為工程背景，采用隨機(jī)振動(dòng)分析方法對(duì)超長(zhǎng)大跨度多塔斜拉橋的地震動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1、首先綜述整理了國(guó)內(nèi)外大跨度多塔斜拉橋的發(fā)展歷程、闡述了現(xiàn)有的橋梁結(jié)構(gòu)地震分析方法。在第二章中對(duì)大跨度結(jié)構(gòu)計(jì)算分析采用的平穩(wěn)及非平穩(wěn)隨機(jī)地震功率譜模型及相關(guān)參數(shù)予以說(shuō)明并選擇?；诮Y(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)原理，對(duì)平穩(wěn)隨機(jī)振動(dòng)的常規(guī)算法和虛擬激勵(lì)法進(jìn)行了理論解釋和公式推導(dǎo)。
　　2

4、、研究了大跨度多塔斜拉橋基本動(dòng)力特性，與兩塔斜拉橋進(jìn)行了差異比較。采用胡聿賢周錫元提出的金井清功率譜改進(jìn)模型作為激勵(lì)輸入，在第四章對(duì)大跨度多塔斜拉橋進(jìn)行多維多點(diǎn)平穩(wěn)隨機(jī)地震激勵(lì)分析，包括一維及多維地震一致激勵(lì)，以及考慮地震動(dòng)空間特性的非一致激勵(lì)，空間特性包含行波效應(yīng)、空間相干效應(yīng)和局部場(chǎng)地效應(yīng)。結(jié)果表明:大跨度多塔斜拉橋具有較強(qiáng)的空間耦合特性，尤其是豎向激勵(lì)對(duì)縱向、橫向激勵(lì)響應(yīng)的耦合效應(yīng)不可忽略;三種地震動(dòng)空間特性對(duì)結(jié)構(gòu)不同位置內(nèi)力和位

5、移的影響規(guī)律和程度不一致，其中行波效應(yīng)對(duì)大跨度多塔斜拉橋這類(lèi)長(zhǎng)尺寸多支承點(diǎn)結(jié)構(gòu)的影響非常明顯，而各塔受地震動(dòng)空間特性影響的響應(yīng)規(guī)律不是全部一致的，需獨(dú)立分析。此外，對(duì)比研究了大跨度兩塔斜拉橋與大跨度多塔斜拉橋受地震空間特性影響的結(jié)構(gòu)響應(yīng)規(guī)律異同，三類(lèi)空間效應(yīng)在兩類(lèi)橋型中產(chǎn)生的影響規(guī)律基本一致，但影響程度各有不同。
　　3、在第五章對(duì)大跨度多塔斜拉橋受非平穩(wěn)隨機(jī)振動(dòng)的計(jì)算原理進(jìn)行了推導(dǎo)，并給出了大質(zhì)量法直接求解絕對(duì)位移的公式表達(dá)，以

6、及對(duì)采用ANSYS自編程序APDL通過(guò)完全瞬態(tài)分析計(jì)算非平穩(wěn)隨機(jī)地震的程序?qū)崿F(xiàn)進(jìn)行了推導(dǎo)和說(shuō)明。計(jì)算得到了大跨度多塔斜拉橋結(jié)構(gòu)受多維多點(diǎn)非平穩(wěn)地震激勵(lì)下主梁和主塔關(guān)鍵截面位移和內(nèi)力結(jié)果，結(jié)果表明采用非平穩(wěn)隨機(jī)地震計(jì)算方法相比較平穩(wěn)隨機(jī)地震計(jì)算方法結(jié)果將偏保守10％-30％。計(jì)算分析了不同場(chǎng)地條件下嘉紹大橋關(guān)鍵截面的內(nèi)力和位移響應(yīng)，與平穩(wěn)隨機(jī)激勵(lì)分析計(jì)算結(jié)果相比，地震動(dòng)空間場(chǎng)地效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)結(jié)果參數(shù)的影響程度基本一致。
　　4、在第六章