多点激励下连续刚构桥反应分析

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1、第1章绪论1．1课题的研究意义第1章绪论桥梁结构是生命线工程的重要组成部分，是铁路、公路运输的关键设施，我国1976年唐山大地震、美国1989年LomaPfiem地震、1994年的Northbfidge地震，以及日本1995年阪神大地震的震害经验都说明了桥梁结构具有震害易损性。桥梁抗震是工程抗震的一个重要方面，一旦桥梁在地震中遭受破坏，不但导致巨大的直接经济损失，还关系到灾区震后救灾扣能否及时顺利恢复生产，由于桥梁一旦被破坏，其修复困难，所需时间长，费用大，因此，如何提高桥梁的抗震能力，如何通过合理设计保证桥梁在大震中

2、不倒的同时，经过简单快速修复即可通车，恢复一定的使用功能，以保证震后抗灾救灾运输的需要，是桥梁工程中的重要研究课题，也是抗震设计追求的目标之一。桥梁属于延长形结构，其在非一致地震动作用下的反应分析自从二十世纪八十年代以来就引起了广大研究学者和设计工程师的关注。对于地震动的良好描述以及合理的结构计算分析方法是解决这类问题的两个基本条件。下面将从桥梁结构抗震设计应采用的地震动输入、桥梁结构特性、结构反应分析等方面介绍一下选择这个题目的意义。1．1．1地面运动具有空间变异性地震时，地面运动是引起结构破坏的外因，其作用相当于结

3、构分析中的各种荷载。普通荷载与地震荷载的差别在于结构工程中常用的荷载以力的方式出现，．而地面运动是以动载的方式出现；常用的荷载一般为短期内大小不变的静力，地震动是迅速变化的振动；常用的活载大多是竖向作用的，地面运动则是水平、竖向甚至扭转同时作用的。地面运动是由震源释放出来的地震波引起的地表附近土层的振动，是地震与结构相互作用的桥梁。地面上任意两点在同一次地震过程中，其反应是不同的即地面运动存在空间变异性。影响地面运动的主要因素有三个：北京工业大学工学硬上学位论文震源、传播途径与传播介质、局部场地条件。归根结底，地面运动

4、是由震源所释放出的地震波造成的，所以震源对地面运动的影响是巨大的。从现有的有关地震研究的文献中，我们知道，地震的震源不是一个单纯的点，而是一个最长可以达到几百公里、最宽可达几十公里的曲面【11(或多个曲面)。地震发生时，断裂面面上释放出多条地震波，所释放出来的地震波彼此之间是不同的。可以想象，即使不考虑传播过程中波的反射、折射以及地层不均匀性带来的影响，这些波在地面不同点叠加后的效果也是不同的。地震波在向地面的传播过程中必然要经历不同的地层。在不同的地层中，地震波的传播速度是不同的。在不同地层的结合面处，地震波还要发生

5、折射和反射。震源面释放的地震波经过不同地层的反射和折射到达地面上不同的点，即形成不同点的地面运动。局部场地条件对地面运动的影响也是巨大的。我们所研究的地面运动是在震灾发生时对结构物作用的地面运动(相当于输入荷载)，相关的震害与研究‘31表明：特定场地条件下，地震动的强度、频谱特性、持续时间差异很大，局部场地条件的影响就显得很突出。地面上不同点的运动形成过程如此复杂，所以我们可以认定，不同点的地面运动是存在空间和时间上的差异的。1．1．2桥梁抗震应考虑地面运动空间变异性的影响1．1．2．1桥梁各支承点的实际地震激励是有差

6、异的若对桥梁结构进行地震设计烈度下的反应分析，那么就得选择合适的地震激励。通常桥梁结构的地震反应分析是假定所有桥墩墩底的地面运动是一致的，而实际上，桥梁是纵向尺寸比较大的延长形多支承结构，而地震动是以波的方式从震源处向外传播的，由于震源机制、地震波的传播特征、地形地质构造等的不同，使得地震波在时间和空间上都是变化的。对于桥梁等尺寸比较大的结构来说，地震波到达各支承点的时间不同，不同性质的土层对地震动的放大和滤波效应不同，导致不同性质土层上的地震动是不同的。桥梁各基础如处于不同性质的土层上，各基础输入地震动除了行波效应外

7、其它参数也不相同，即在同一时刻桥梁结构各支承点所受的地震作用是不同的。例如，阪神大地震时，位于震中附近的明2第1苹缔论石海峡大桥刚挂好主缆，主梁尚未架设，震后发现，靠神户一侧的主塔和锚台的位置都没发生改变，而淡路岛-N的主塔和锚台却分别向外移动了1ITl、1．3m，尽管该桥未受损坏，但“因为地震作用使本世纪悬索桥的主跨记录由1990m增至1991m”，这一事实充分说明，多点激励是大跨度结构更为合理的‘、更加符合实际的地震动输入模式【4】。可见，对桥梁等纵向尺寸比较大的结构在做结构设计分析时，需要考虑多点激励的影响。我国

8、幅员辽阔，也是地震灾害比较严重的国家，所建造的桥梁大部分都处于地震设防区域。按三标准设防进行设计，这些长大桥梁需做相应地震设计烈度下的非线性分析，此时应考虑地面运动的空间变化对其反应可能产生的影响。早在1965年，Bogdanoff等人就注意到地震动传播过程的时滞效应对大跨度结构的影响。进入上世纪八、九十年代以后，关于多点激励问题