多塔斜拉桥刚性铰动力分析72页

1、西南交通大学硕士研究生学位论文第1 I 页A BS T R A C TL o n g s p a nb r i d g ep l a y si m p o r t a n tr o l e si ne c o n o m ya sw e l la si nd a i l yt r a f f i c O n c ei ti sd e s t r o y e db ye a r t h q u a k e ，i tw i l lc a u s eg r e a te c o n o m i cl o s s e sa n de n o r m o u sd i f f i c u l t yi nt h er e c o v e r yo fp o s te a r t h q u a k e T h u s ；c o r r e c ta n de f f e c t i v ea n a l y s i so nt h ec a b l e - s t a y e db r i d g ea n di t sk e yc o m p o n e n t s r e a c t i o

2、 nt oe a r t h q u a k eh a sag r e a ts i g n i f i c a n c ef o re n s u r i n gt h es t r u c t u r e Ss a f e t yi nt h ee a r t h q u a k e T h i sp a p e rb a s i n go nt h et h e o r i e so fs e i s m i cr e s p o n s e ，a i m st or e s e a r c hal o n g s p a ns i x - t o w e rc a b l e s t a y e db r i d g ea n dr i g i dh i n g e Ss e i s m i cr e s p o n s eb yt i m eh i s t o r ym e t h o da n dc o n s i d e rn o n u n i f o r me x c i t a t i o n T h i sp a p e rm a i n l yc o n t a

3、 i n st h ef o l l o w i n ga s p e c t s ：1 T h ep r e s e n ts t u d i e so nb r i d g es e i s m i cr e s i s t a n c ea n dm u l t i t o w e rc a b l eb r i d g ，m u l t i s u p p o r te x c i t a t i o ns e i s m i cr e s p o n s ea n a l y s i sm e t h o da n di t se q u a t i o no fm o t i o nw i l lb ed i s c u s s e d ；2 U s eo fm u l t i s u p p o r te x c i t a t i o nt i m eh i s t o r ym e t h o dt oa n a l y s i st h ed y n a m i cr e s p o n s eo ft h es i x t o w e rc a b l e s t

4、 a y e db r i d g ew i t har i g i dh i n g e ，a n dd e m o n s t r a t et h en e e df o rf u r t h e ra n a l y s i so ft h er i g i dh i n g e ，i no r d e rt om a k ep r e p a r a t i o nf o rt h el o c a ld y n a m i ca n a l y s i so fr i g i dh i n g e ，a c c e l e r a t i o np r o c e s so fi t sk e yp o i n t su n d e rf o u rk i n d so fs e i s m i cw a v e sw i l lb er e c o r d e d ；3 T h ef i n i t ee l e m e n tp r o g r a mA N S Y Sw i l lb ea p p l i e dt oe s t a b l i s haf i n i

5、 t ee l e m e n ts p a t i a la n a l y s i sm o d e lo fc a b l e s t a y e db r i d g ew i t hr i g i dh i n g e ，e s t a b l i s ha p p r o p r i a t eb o u n d a r yc o n d i t i o n st om e e tt h em e c h a n i c a lc h a r a c t e r i s t i c so ft h er i g i dh i n g e ，t a k et h ek e yp o i n t s a c c e l e r a t i o ns c h e d u l eo ft h eo v e r a l la n a l y s i sa si n p u tp a r a m e t e r s ，a n dt h e nm a k et i m e - h i s t o r ya n a l y s i so fr i g i dh i n g eb yh i

6、g h - - m a s sm e t h o di nt h eA n s y s ；4 T h i sp a p e ra i m st oe x p l o r et h ee f f e c to ft r a v e l i n gw a v e so nt h es t r e s so fr i g i dh i n g ea n da n a l y z ei t sw e a kp o i n t st of i n do u tt h em o s tp o s s i b l ep l a c ef o rd a m a g i n g ，e v a l u a t et h es a f e t ya n dr a t i o n a l i t yo fr i g i dh i n g es t r u c t u r e ，t op r o v i d et h e o r e t i c a lb a s i sf o rt h ed e s i g n i n ga n dn o r m a lu s eo fl o n g s p a nc a b

7、l es t a y e db r i d g e sw i t hr i g i dh i n g ef r o mt h ep e r s p e c t i v eo fs e j s m j cr e s j s t a n c e K e yW o r d s ：c a b l e s t a y e db r i d g e ；r i g i dh i n g e ；t i m e - h i s t o r ya n a l y s i s ；m u l t i s u p p o r te x c i t a t i o n西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页第1 章绪论1 1引言地震，是地球内部发生的急剧破裂而产生震动弹性波，从震源向四周传播引起地面振动的现象。其具有很强的破坏性和突发性，是一种对人类社会构成严重威胁的自然灾害。地震与地球构造运动密切相关，在地层构造运动中，发生剧烈的破坏性变动时，引起地面震动，从而对地上或地下建筑物造成不同程度的破坏，常导致生命、财产和社会经济等损失 1 。强震可以令一座城市在短时间内变成废墟，大量的建筑物破坏倒塌，交通、通信等生命

8、线都被破坏，而且可能引发火灾、疾病等次生灾害，造成人员大量伤亡，城市瘫痪，人们的生活长期混乱不安。由于基础设施、桥梁结构等的破坏，发生在城市附近的地震将会产生十分严重的次生灾害，导致巨大的经济损失 2 。近些年来，世界各地大地震频发，多次都集中在人口相对稠密的地区，造成了巨大的生命财产损失。如1 9 7 1 年，发生在美国圣费南多的里氏6 6 级地震，共有六十多座桥梁遭受了不同程度的破坏，造成的经济损失约1 0 亿美元；1 9 8 9 年，发生在洛马普里埃塔的里氏7 0 级地震，有八十余座桥梁遭受破坏，造成的经济损失达到了7 0 多亿美元；1 9 9 5 年日本的7 2 级神户地震以及2 0 1 1 年刚刚发生的日本宫城县9 0 级地震，是人类有观测史以来全球最强地震，造成了数以万计的人口伤亡。我国也是一个地震比较多的国家，最有代表性的几次强震有：1 9 7 6 年发生在河北唐山的7 8 级大地震，整个城市片刻间变成一片废墟，道路、桥梁等设施普遍倒塌或严重毁坏 3 ，给震后救援及重建工作带来了极大的困难，整个城市中造成2 4 万人死亡；2 0 0 8 年5 月1 2 日发生在四川的8

9、0 级汶川地震，遇难近七万人，造成的直接经济损失达8 4 5 2 亿元人民币，其中交通基础设施损毁的直接经济损失达6 7 0 亿元，其中桥梁损毁最为严重，受损的桥梁高达6 1 4 0座 4 1 ；2 0 1 0 年，发生在青海玉树的7 1 级地震等等。这些都已普遍引起全世界地震工作者的关注，并纷纷对过去相关的抗震规范予以反省，调查和分析桥梁的震害及其发生的原因，为建立正确的抗震分析方法、采取有效抗震措施提供科学依据。分析研究桥梁震害的表现形式以及震害产生的原因对于桥梁抗震设计、地震控制等有至关重要的作用。国内外学者的大量调查研究表明，桥梁的震害反映在结构的各个部位，主要表现为桥梁上部结构的震害、支座及连接部位的震害、落梁的震害以及下部结构和基础的震害。而引起桥梁震害的主要起因是：( 1 ) 强震时，地表构造发生剧烈变化，如地层断裂等致使桥梁结构承受巨大的挤压力而导致破坏；或因地基沉降、砂土液化致使桥梁墩台基础下沉引起的破坏；( 2 ) 在强地震力作用下，桥梁结构本身强度与弹塑性变形的抗震能力不足而产生的破坏；( 3 ) 由于桥梁结构造型、构造或连接措施不当而产生的震害等。西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页1 2大跨度桥梁抗震研究现状随着世界各国经济实力的增强，以及交通发展的需要，各种大跨度桥梁纷纷建起。尽管到目前为止，大跨桥梁因地震破坏的情形并不多见，但是近年来强震在世界各地频发，鉴于多次的地震灾害的教训和这些大型桥梁在经济、交通等方面占据着十分重要的地位，必须对大跨度桥梁进行合理的抗震设防。本节从抗震规范、抗震设计、抗震控制三方面讨论桥梁抗震的研究现状。1 2 1 抗震规范现状及发展趋势完备、合理的设计规范是桥梁设计得以正确完成的必须依据。但是目前，国内外只有适用于中小跨径桥梁的抗震设计规范，对于大跨度桥梁则没有相关的规范。我国的公路工程抗震设计规范只对主跨不超过1 5 0 m 的梁桥、拱桥适用。我国铁路工程抗震设计规范中有说明“对特殊抗震要求的建筑物和新型结构应进行专门研究设计”。1 9 9 6年美国颁布的A A S H T O 规范的抗震设计篇也只对主跨不超过1 5 0 m 的普通钢梁、混凝土梁及箱梁桥适用，并不适用于斜拉桥、悬索桥、拱桥以及活动式桥。日

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