大跨度斜拉橋隨機(jī)地震響應(yīng)分析及其動(dòng)力可靠度研究.pdf

1、斜拉橋的主跨正在經(jīng)歷由幾百米到近千米以及到21世紀(jì)的超千米的發(fā)展，如日本多多羅大橋(主跨890m)、香港昂船洲大橋(主跨101 8m)、蘇通長(zhǎng)江公路大橋(主跨1088m)。斜拉橋跨度的不斷增大，必然帶來(lái)很多復(fù)雜的問(wèn)題。地震荷載作為超大跨徑結(jié)構(gòu)的主要荷載，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制因素。跨徑的增大，其地震動(dòng)力學(xué)問(wèn)題也變得復(fù)雜，而同時(shí)無(wú)規(guī)范可循。因此，地震分析就顯得尤為重要。 地震動(dòng)的三要素(持時(shí)、強(qiáng)度和頻譜)具有明顯的隨機(jī)性，因此，把隨機(jī)振

2、動(dòng)理論應(yīng)用到斜拉橋地震反應(yīng)分析的合理性是顯而易見(jiàn)的。而隨機(jī)振動(dòng)分析具有如下的優(yōu)點(diǎn)：(1)隨機(jī)振動(dòng)反應(yīng)得出的是響應(yīng)的均值，包含大量時(shí)程曲線的統(tǒng)計(jì)信息，比單一的時(shí)程曲線計(jì)算的結(jié)果更具有代表性和普遍性；(2)求出的最大值的均值較為直觀，而不像時(shí)程分析那樣繁瑣；(3)隨機(jī)振動(dòng)分析輸入的是功率譜，是從能量的角度分析問(wèn)題。因此，在地震工程學(xué)研究領(lǐng)域，隨機(jī)振動(dòng)分析方法一定會(huì)得到廣泛的應(yīng)用。 地震動(dòng)本質(zhì)上的不規(guī)律性決定了由確定性模型過(guò)渡到將地震

3、動(dòng)作為隨機(jī)過(guò)程處理。基于隨機(jī)振動(dòng)理論為基礎(chǔ)，以蘇通長(zhǎng)江公路大橋?yàn)楣こ瘫尘?，?duì)超大跨度斜拉橋在隨機(jī)地震荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)展開(kāi)研究，主要研究?jī)?nèi)容如下： 1.隨機(jī)地震反應(yīng)分析首先考慮的是地震動(dòng)的輸入問(wèn)題。第二章介紹了地震動(dòng)模型的幾種表達(dá)式，并結(jié)合有關(guān)學(xué)者的研究成果計(jì)算所需要的有關(guān)參數(shù)，然后以此參數(shù)作為隨機(jī)地震動(dòng)輸入為后續(xù)隨機(jī)地震反應(yīng)分析提供依據(jù)。 2.在結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)原理的基礎(chǔ)上，第三章利用推導(dǎo)得到的地震動(dòng)作用下的結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程，

4、并基于隨機(jī)振動(dòng)理論推導(dǎo)出了地震動(dòng)作用下結(jié)構(gòu)隨機(jī)響應(yīng)的計(jì)算公式。利用該公式，求得大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)隨機(jī)地震動(dòng)作用的動(dòng)力響應(yīng)的統(tǒng)計(jì)量。 3.在目前常用的地震動(dòng)隨機(jī)模型的基礎(chǔ)上，第四章選用杜修力提出的改進(jìn)Kanai-Tajimi功率譜模型描述地震動(dòng)輸入，采用隨機(jī)振動(dòng)分析方法研究結(jié)構(gòu)在一致激勵(lì)和地震動(dòng)空間變化下的動(dòng)力響應(yīng)，包括局部場(chǎng)地效應(yīng)、部分相干效應(yīng)和行波效應(yīng)。研究結(jié)果表明：相干效應(yīng)對(duì)主梁縱向彎矩影響比較大，尤其是中跨部位；而局部場(chǎng)地效

5、應(yīng)相對(duì)影響較小。對(duì)于主梁軸力而言，行波效應(yīng)影響較為顯著，主梁軸力的最大值增大約70％之多，但對(duì)豎向剪力并無(wú)突出影響。與一致激勵(lì)比較，行波效應(yīng)使得跨中豎向位移均方根增大約74％，相干效應(yīng)為60％，而局部場(chǎng)地效應(yīng)為13％。對(duì)于不同的內(nèi)力和位移響應(yīng)，地震動(dòng)空間變化特性的影響程度和規(guī)律不盡相同，必須區(qū)別對(duì)待，具體問(wèn)題具體分析。 4.詳細(xì)分析了結(jié)構(gòu)彈性模量、樁-土-結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用、地震動(dòng)模型、斜拉索振動(dòng)效應(yīng)及模態(tài)數(shù)量對(duì)蘇通大橋地震動(dòng)力響