基于三维设计平台的输水结构随机地震破坏风险分析

作     者：冯奕 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张社荣

授予年度：2012年

学科分类：081504[工学-水利水电工程] 08[工学] 0815[工学-水利工程] 081503[工学-水工结构工程] 

主      题：输水结构 渡槽 CAD/CAE集成 地震空间变化特性 随机地震 首次穿越 抗震可靠度 三维抗震设计平台 

摘      要：地震作用下输水结构的破坏现象时有发生，从而导致输水系统的瘫痪，这不仅严重影响人们的生产生活秩序，还会造成重大的次生灾害。输水结构作为一种长距离结构，尤其是多跨多地面支撑点结构，地震动荷载的空间变化特性（行波效应、空间相干效应）对结构带来的影响不容忽视;而地震荷载强烈的随机性，使得常用的确定性分析方法往往造成结果的片面性。因此，在输水结构的动响应分析过程中，必须要考虑地震动的空间变化特性和随机性。 本文以输水结构中的简支渡槽为例，基于三维CAD/CAE集成技术建立渡槽有限元分析模型，通过研究多跨渡槽在多点多维输入方式下的响应规律以及随机地震荷载作用下渡槽结构的结构抗震性能，对渡槽结构进行随机地震破坏风险性分析，并对未来渡槽结构抗震设计方法进行了初步探讨。本文主要工作包括下面几个方面： 1.利用现有的CAD/CAE集成技术，基于三维设计平台快速建立渡槽结构的通用三维分析模型。 2.对现有的随机地震动模型及人工地震动场模拟的相关理论和方法进行介绍，选取规范反应谱转化功率谱的方法及Hao相干函数，研究具有空间变化效应的人工随机地震动场生成方法。 3.生成具有空间变化特性的随机地震动场，采用多点多维的地震动输入方式，基于混凝土塑性损伤模型，对多跨渡槽结构进行动力时程响应分析，并对比一致激励下的结果，研究地震动的空间相干效应对渡槽结构的动响应影响，包括各跨动响应及跨间相互作用。研究表明，地震动的空间效应能够增强渡槽跨间相互作用和结构动响应，使结构损伤更加严重。 4.以随机振动理论为基础，分析不同输入方式下结构在随机地震作用下的响应规律，并基于首次穿越理论，对渡槽结构系统进行动力可靠性评价，研究渡槽结构的抗震性能。对比分析表明，考虑地震动空间效应后，渡槽结构在随机地震作用下响应增强，其抗震可靠度明显下降。 5.结合渡槽结构在地震作用下的响应、破坏规律，引入软件工程中的构件式设计理念，对未来的渡槽工程三维构件式抗震设计方法进行研究，初步探索基于CAD/CAE集成技术和构件式建模思想的输水结构三维抗震设计平台。