近断层脉冲型地震作用下考虑桩土作用的斜拉桥地震响应分析

作     者：张俊鑫 

作者单位：安徽建筑大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵青

授予年度：2024年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：斜拉桥 近断层地震 桩-土相互作用 地震响应 

摘      要：近年来我国公路建设发展迅速,但受到地貌等因素的制约,很多大跨径桥梁难免会地处活动断层区域。根据近些年国内外有关强震的研究,可以发现近断层地震动具有长周期、高峰值等明显区别于远场地震动的特征。目前跨江跨海的大桥桥型中斜拉桥最为常见,这类大跨柔性桥梁结构对长周期成分多的地震动十分敏感。同时桩-土相互作用的考虑也会改变桥梁结构的自振特性,从而影响桥梁结构的地震响应。 本文以某135m+500m+135m的双塔双索面斜拉桥作为工程研究对象,运用ANSYS软件建立全桥的有限元模型。通过非线性动力时程分析,对该类桥梁的近断层地震响应规律进行研究。本文主要进行了以下研究工作并得出结论。 (1)通过大量阅读国内外文献,阐述大跨斜拉桥的结构特点,并对斜拉桥的地震分析方法进行说明,介绍近断层地震的含义,引入桩-土相互作用的理论。 (2)根据近断层地震动脉冲特性的不同,将其分为滑冲效应地震动、破裂前方效应地震动和无脉冲效应地震动,对比分析其速度、加速度频谱及单自由度体系位移频谱。根据近断层地震动空间分布的不同,将其分为破裂前方效应地震动、断层破裂区域地震动和破裂后方区域地震动,以同样的方法进行研究。 (3)介绍本桥的工程背景,使用ANSYS软件建立考虑桩-土相互作用的桥梁模型(模型A)和不考虑桩-土相互作用的桥梁模型(模型B)。用Ritz向量法对桥梁进行动力特性分析,列出该桥前8阶自振周期与振型,对比分析模型A和模型B动力特性的不同。 (4)分别选择相同数量的滑冲效应地震动、破裂前方效应地震动、无脉冲效应地震动、破裂前方区域地震动、断层破裂区域地震动和破裂后方区域地震动,调幅后输入桥梁模型中。研究主梁、主塔、主墩关键位置的内力包络图、位移包络图以及时程曲线,对比分析不同脉冲特性及不同空间分布近断层地震动对桥梁地震响应的不同。 (5)选择近断层脉冲型地震和远场无脉冲型地震,调幅后分别以顺桥向+竖桥向和横桥向+竖桥向两种工况输入到模型A和模型B中,分析不同工况下桥梁关键截面位移和内力峰值的变化趋势。通过比较模型A和模型B的内力和位移,分析桥梁地震响应的变化趋势及两类地震动对桩-土相互作用放大趋势的影响。 图 [49] 表 [38] 参 [73]