[博士]基于性能的大跨斜拉桥地震易损性分析

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内容简介

　　[博士]基于性能的大跨斜拉桥地震易损性分析　　学科专业：桥梁与隧道工程　　授予学位： 博士 　　学位授予单位：同济大学　　学位年度：2008　　 512汶川地震为我们敲响了警钟：地震是现代交通生命线必须考虑的风险因素。交通线上的重要桥梁一大跨斜拉桥属于典型的非规则桥梁，超出了现有国内外抗震设计规范的应用范围，近年来形成了对单体斜拉桥进行抗震专题研究的科研导向。这种方法不免囿于个体认识，无法从宏观上了解一类斜拉桥在高强度地震动下的群体地震损伤特征。基于此背景，结合我国在建大跨斜拉桥的结构特点，以典型大跨斜拉桥为研究对象，本文进行了纵桥向、横桥向地震输入下的地震易损性分析，主要内容如下：　　 (1)在查阅大量文献的基础上，对地震易损性的研究方法进行了归纳总结，对大跨斜拉桥需要解决的研究专题进行了分类梳理：总结了易损性分析的主要方法、分析了高塔结构的合理损伤指标。在此基础上确定了本文的研究思路和技术路线。　　 (2)提出了以材料应变计算的截面曲率水平作为斜拉桥塔、墩、桩的损伤指标，以不同的位移状态定义支座或连接装置的损伤指标。　　 (3)采用非线性纤维梁柱单元建立了纵桥向单塔简化模型，进而建立斜拉桥半桥分析模型(斜拉桥的主塔、辅助墩、过渡墩、桩基等构件采用了精细的纤维单元模型，在计算中考虑了线性、非线性单元的P一△效应)。　　 (4)通过对主塔进行增量动力分析，探讨了主塔从屈服到破坏的过程。应用标定的曲率损伤指标，对主塔的四种损伤状态进行了概率性评估。在此基础上，探讨了斜拉桥主塔的延性性能。　　 (5)选择了远场I类、III类场地各20条地震波，对纵桥向飘浮体系、纵桥向阻尼器连接体系斜拉桥进行了增量动力分析，分析了塔、墩和桩基础在不同地震强度水平下对应于四种损伤状态的超越概率。在此基础上得出了各构件的易损性曲线，分析了斜拉桥各构件损伤超越概率之问的相对大小，探讨了斜拉桥纵桥向的地震易损性。　　 (6)在横桥向地震输入下，考虑到主引桥耦联性和引桥非线性影响，在半桥模型的一侧追加了引桥模型。采用III类场地20条地震波，对横桥向塔一梁固结、墩一梁固结斜拉桥进行了增量动力分析，分析了塔、墩和桩基础在不同地震强度水平下对应于四种损伤状态的超越概率。在此基础上得出了各构件的易损性曲线，分析了斜拉桥各构件损伤超越概率之间的相对大小，探讨了斜拉桥横桥向的地震易损性。在此基础上探讨了横桥向墩一梁之间采用FPS支座对各构件关键截面损伤超越概率的影响。　　 研究表明，倒Y型主塔的易损部位主要集中在下塔底、中塔底、中塔顶三个部位；场地效应对结构的易损性有较大影响，III类场地斜拉桥各构件的损伤超越概率远高于I类场地；在主塔、辅助墩、过渡墩纵桥向设置阻尼器能有效的减小辅助墩、过渡墩支座的损伤超越概率；在辅助墩、过渡墩横桥向设置FPS支座并不能减小辅助墩、过渡墩的损伤超越概率。

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