非平穩(wěn)地震激勵下山區(qū)高墩橋梁隨機響應計算理論及應用研究.pdf

1、中國西部山區(qū)鐵路的發(fā)展使得大量高墩橋梁不斷涌現(xiàn)，對于這部分橋梁基本上都超出了規(guī)范的要求屬于非規(guī)則橋梁，具體表現(xiàn)為墩高、墩高差較大、大跨度、曲率半徑小等特點。隨機振動法是未來抗震分析方法發(fā)展的必然趨勢，但是由于理論復雜性和計算效率低下而未在實際工程得到充分應用?；谝陨蟽牲c，本文主要解決的問題就是如何利用隨機振動理論來對山區(qū)高墩橋梁做抗震分析，同時，使得隨機振動法可以在實際工程中應用，不局限于任何固定結(jié)構(gòu)形式，所以本文將高效的虛擬激勵法、

2、絕對位移求解法和精細積分法與具有強大前后處理功能的通用有限元軟件ANSYS相結(jié)合，基于APDL語言進行二次開發(fā)，在ANSYS中實現(xiàn)對山區(qū)高墩橋梁遭受多維多點平穩(wěn)/非平穩(wěn)隨機地震激勵下的隨機響應分析，求解方便，便于在實際工程中應用。
　　本文首先回顧了國內(nèi)外大跨度高墩橋梁的發(fā)展以及隨機振動理論在大跨度橋梁抗震分析中的應用，然后介紹了虛擬激勵法在大跨度橋梁動力計算中的作用和應用，以及學者們探索虛擬激勵法與通用有限元相結(jié)合的過程。從而，

3、說明了隨機振動理論在工程中的應用是能實現(xiàn)的和必然的。
　　第二章為了將多維多點平穩(wěn)隨機理論應用到實際工程中，運用絕對位移直接求解多維多點激勵地震動響應方程的方法，從理論上將一維的多點地震激勵擴展到三維地震激勵模型，避免了計算靜力影響矩陣的繁瑣，提出了多維多點平穩(wěn)地震激勵在ANSYS快速模擬方法，并通過數(shù)值算例驗證其計算準確性和精度，將平穩(wěn)隨機振動轉(zhuǎn)換為諧分析，操作方便，可詳細地考慮地震動的空間效應（行波效應、場地效應和相干效應）對

4、山區(qū)高墩橋梁地震響應的影響。
　　第三、四章介紹了一個非平穩(wěn)隨機振動理論的分析方法，該方法是運用虛擬激勵法來分析遭受多維空間變化地面運動激勵的大跨結(jié)構(gòu)的地震響應，同時，研究了局部場地效應對高墩鐵路橋梁的地震響應的影響。絕對位移直接求解與虛擬激勵法結(jié)合克服了傳統(tǒng)的虛擬激勵法的缺點，其實質(zhì)的數(shù)學理論是一致的。為了將該理論應用到大而復雜的結(jié)構(gòu)抗震分析中，先在通用有限平臺上進行應用和驗證，然后用來分析局部場地效應和地震動的非平穩(wěn)性對高墩鐵

5、路橋梁的影響。得出的關鍵性結(jié)論將應用到高墩鐵路橋梁設計和抗震分析中。
　　為了進一步提高非平穩(wěn)隨機振動的計算效率，第五章提出了將精細積分方法與多維多點激勵的直接求解的虛擬激勵法相結(jié)合的方法，運用精細積分方法來計算每一個固定頻率點下的瞬態(tài)分析，僅需計算兩個瞬態(tài)分析就可以得到所有頻率點下的響應時程，迅速地提高了計算效率。同時，提出了在通用有限元軟件快速模擬的方法，這樣既提高了計算效率，又傳承了直接求解多維多點非平穩(wěn)虛擬激勵法的所有優(yōu)點