考慮地基與結(jié)構(gòu)相互作用的上承式鋼管混凝土拱橋地震響應(yīng)研究.pdf

1、大跨度鋼管混凝土拱橋由于具有設(shè)計(jì)施工方便、經(jīng)濟(jì)美觀等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用越來(lái)越多。對(duì)于大跨度鋼管混凝土拱橋地震響應(yīng)的研究，目前大多數(shù)都是采用基底固結(jié)的假定，未考慮地基--結(jié)構(gòu)相互作用對(duì)橋梁地震響應(yīng)的影響；少數(shù)文章考慮了地基一結(jié)構(gòu)相互作用，但對(duì)邊界條件的處理都取得非常簡(jiǎn)化；《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)于地基一結(jié)構(gòu)相互作用的規(guī)定，也僅限于考慮地基變形對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)周期的影響。為了研究考慮地基--結(jié)構(gòu)相互作用的大跨度鋼管混凝土拱橋地震響應(yīng)，本文研究了線性及非

2、線性粘彈性人工邊界，并對(duì)線性與非線性情況下粘彈性人工邊界地震波動(dòng)輸入方法進(jìn)行了研究；本文以粘彈性人工邊界模擬遠(yuǎn)場(chǎng)地基的輻射阻尼與恢復(fù)性能，截取有效的地基計(jì)算域，以支井河特大橋--跨徑為430m的上承式鋼管混凝土拱橋?yàn)楣こ瘫尘?，建立了包括上部橋梁與下部地基的整體分析模型，在考慮地基--結(jié)構(gòu)相互作用影響下對(duì)上承式大跨度鋼管混凝土拱橋進(jìn)行了線性與非線性地震響應(yīng)研究。本文所作的主要工作如下： 1、三維非線性粘彈性人工邊界研究 目

3、前的粘彈性人工邊界研究集中于遠(yuǎn)場(chǎng)介質(zhì)為完全線彈性波動(dòng)的情況，為了得到適于非線性分析的粘彈性人工邊界，本文將遠(yuǎn)場(chǎng)介質(zhì)假設(shè)為粘彈性材料，基于彈性波理論與粘彈性理論構(gòu)造了用于模擬遠(yuǎn)場(chǎng)地基非線性效應(yīng)的三維粘彈性人工邊界。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，若將半無(wú)限連續(xù)介質(zhì)截?cái)?，在截?cái)嗵幏ㄏ蚣扒邢蛉斯み吔缟鲜┘颖疚牡玫降姆蔷€性粘彈性人工邊界，可使人工邊界上力和位移的條件與原波場(chǎng)相同，能夠模擬波動(dòng)自計(jì)算域向遠(yuǎn)場(chǎng)粘彈性介質(zhì)的傳播。 2、三維線性及非線性粘彈性

4、人工邊界地震波動(dòng)輸入研究 正確的地震波動(dòng)輸入是分析地基--結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用的前提，本文對(duì)三維線性及非線性粘彈性人工邊界地震波動(dòng)輸入方法進(jìn)行了研究，得到了為實(shí)現(xiàn)地震波動(dòng)輸入施加在粘彈性人工邊界上等效荷載FB（t）的表達(dá)式，使等效荷載FB（t）可以用輸入地震波的位移（u）及速度（u）來(lái)完全表達(dá)，易于實(shí)現(xiàn)地震波動(dòng)的輸入。 3、鋼管混凝土構(gòu)件受力性能數(shù)值研究 分別根據(jù)三維實(shí)體有限元法和纖維單元法的鋼管混凝土材料應(yīng)力--應(yīng)

5、變關(guān)系得到了適于圓截面梁?jiǎn)卧牟牧蠎?yīng)力--應(yīng)變關(guān)系，數(shù)值算例證明采用由纖維單元法得到的鋼管混凝土應(yīng)力--應(yīng)變關(guān)系應(yīng)用于梁?jiǎn)卧苋〉美硐氲臄?shù)值計(jì)算結(jié)果，并用梁?jiǎn)卧▽?duì)鋼管混凝土構(gòu)件的荷載一位移滯回曲線進(jìn)行了計(jì)算，取得了理想的結(jié)果。 4、考慮地基--結(jié)構(gòu)相互作用影響的上承式大跨度鋼管混凝土拱橋地震響應(yīng)研究 以支井河特大橋?yàn)楣こ瘫尘?，分別以線性和非線性粘彈性人工邊界模擬遠(yuǎn)場(chǎng)地基的輻射阻尼及彈性恢復(fù)性能，在考慮地基一結(jié)構(gòu)相互作用

6、的情況下對(duì)上承式大跨度鋼管混凝土拱橋進(jìn)行了線性、非線性地震響應(yīng)分析。分析結(jié)果表明，在強(qiáng)度滿足條件下橋基混凝土的標(biāo)號(hào)沒(méi)必要取太高，橋基混凝土彈模過(guò)大對(duì)上部橋梁結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)有不利影響；當(dāng)橋基建在堅(jiān)硬的基巖上時(shí)，考慮地基--結(jié)構(gòu)相互作用后橋梁地震反應(yīng)內(nèi)力與橋基固結(jié)時(shí)的結(jié)果相比降低，這種情況下基底固結(jié)計(jì)算結(jié)果偏安全；當(dāng)橋基建在較軟的基巖上時(shí)，考慮地基--結(jié)構(gòu)相互作用后橋梁關(guān)鍵截面的內(nèi)力大于橋基固結(jié)時(shí)的地震響應(yīng)結(jié)果，證明基巖較軟時(shí)，地基--結(jié)構(gòu)相

7、互作用對(duì)上部橋梁地震響應(yīng)有可能產(chǎn)生不利影響，對(duì)于大跨度鋼管混凝土拱橋在復(fù)雜地基條件下的抗震分析應(yīng)視特殊情況作具體分析；地基--結(jié)構(gòu)相互作用對(duì)上部橋梁地震響應(yīng)的影響隨著基巖彈模的降低而增大；橫橋向的地震動(dòng)輸入時(shí)地基--結(jié)構(gòu)相互作用對(duì)橋梁地震響應(yīng)的影響大于縱向、豎向地震動(dòng)輸入時(shí)。本文還在考慮地基--結(jié)構(gòu)相互作用條件下研究了行波效應(yīng)對(duì)大跨度鋼管混凝土拱橋地震響應(yīng)的影響，也得出了一些有益于工程的結(jié)論，對(duì)加深大跨度鋼管混凝土拱橋抗震性能的認(rèn)識(shí)將提