橋梁抗震性能評價(jià)的靜力非線性分析方法研究.pdf

1、隨著人類對橋梁震害的認(rèn)識逐漸深入和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，對橋梁的分析和計(jì)算已經(jīng)由線性分析向非線性分析方向發(fā)展。非線性時(shí)程分析方法被認(rèn)為是橋梁結(jié)構(gòu)彈塑性分析的最準(zhǔn)確的方法，但是由于其技術(shù)復(fù)雜、計(jì)算工作量大、結(jié)果處理繁雜，而且結(jié)果的準(zhǔn)確性很大程度上依賴于輸入的地面運(yùn)動情況，因此在實(shí)際工程中并沒有得到廣泛的應(yīng)用。而Pushover分析方法概念簡單，計(jì)算簡便，并能有效地評估結(jié)構(gòu)的抗震性能，近年來逐漸被應(yīng)用到橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能評估中。但是由于傳統(tǒng)

2、的Pushover方法皆基于固定的側(cè)向荷載分布模式，不能考慮高階振型的影響以及結(jié)構(gòu)屈服后振動特性的改變，因此只適用于橋墩高度較低的梁式橋，不能對高階振型影響顯著的高架橋和斜拉橋進(jìn)行抗震性能評價(jià)。為了克服這些局限性，本文提出了幾種改進(jìn)方法，并提出了適用于斜拉橋的Pushover分析方法，主要研究內(nèi)容如下： 1.在動力學(xué)理論的基礎(chǔ)上，借鑒MPA法中對各階振型完全解耦的思想，對ASPA法進(jìn)行簡化，提出了改進(jìn)的適應(yīng)譜Pushover方法

3、(簡稱IASPA法)。并對典型地震動下改進(jìn)的適應(yīng)譜Pushover法、傳統(tǒng)的Pushover分析方法、MPA法以及非線性時(shí)程分析方法進(jìn)行對比研究。結(jié)果表明，由于改進(jìn)的適應(yīng)譜Pushover方法直接利用反應(yīng)譜來定義加載特性，且考慮了高階振型的影響以及結(jié)構(gòu)屈服后振動特性的改變，因此比傳統(tǒng)的Pushover方法和MPA法具有更高的精度；并且，由于改進(jìn)的適應(yīng)譜Pushover方法忽略了結(jié)構(gòu)屈服后各振型之間的耦合作用，所以較ASPA法計(jì)算更加簡便

4、，更適用于工程實(shí)際。 2.利用改進(jìn)的適應(yīng)譜Pushover方法，對三個(gè)不同高度的橋墩進(jìn)行推覆分析，考查高階振型的影響，并將計(jì)算所得到的結(jié)果與非線性時(shí)程分析的結(jié)果進(jìn)行對比。結(jié)果表明，對于中低高度的橋墩，高階振型的影響較小，可以將橋墩簡化成單自由度體系，利用傳統(tǒng)的Pushover方法進(jìn)行靜力彈塑性分析。但是隨著橋墩高度的增加，高階振型對橋墩抗震性能的影響越來越顯著，對于高度超過40m的高墩，忽略橋墩自身的慣性力以及高階振型的貢獻(xiàn)將會

5、導(dǎo)致較大的誤差。 3.傳統(tǒng)的基于力的Pushover分析方法，側(cè)向荷載分布模式的選取將直接影響到Pushover分析方法對結(jié)構(gòu)整體抗震性能的評估結(jié)果，震害、實(shí)驗(yàn)和理論分析都表明，變形能力不足和耗能能力不足是結(jié)構(gòu)在大震作用下倒塌的主要原因，結(jié)構(gòu)構(gòu)件在大震作用下的破壞程度與結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)和構(gòu)件的變形能力有關(guān)，所以用位移控制結(jié)構(gòu)在大震作用下的行為更為合理。本文利用直接基于位移的方法對一個(gè)6層框架進(jìn)行推覆分析，并對結(jié)構(gòu)在推覆過程中的振型

6、參與系數(shù)及位移模式的變化進(jìn)行分析研究，提出了基于位移的適應(yīng)譜Pushover方法(簡稱DASPA法)。 4.利用DASPA法分別對兩個(gè)不同高度的梁式橋進(jìn)行Pushover分析，并將分析結(jié)果與非線性時(shí)程分析以及傳統(tǒng)Pushover方法分析的結(jié)果進(jìn)行比較。結(jié)果表明，由于DASPA法直接基于非彈性位移反應(yīng)譜來定義加載位移模式，且考慮了高階振型的影響及結(jié)構(gòu)屈服后振動特性的改變，因此在評價(jià)結(jié)構(gòu)的抗震性能時(shí)有著很高的精度，不僅適用于受基本振

7、型控制的中低高度的橋梁，同時(shí)也適用于高階振型影響顯著的高架橋梁；由于DASPA法直接用位移來控制結(jié)構(gòu)的加載模式，其每一步計(jì)算得到的結(jié)果直接是結(jié)構(gòu)的變形，省略了基于力的Pushover分析方法中將結(jié)構(gòu)的內(nèi)力轉(zhuǎn)化為變形來評估結(jié)構(gòu)的抗震性能的步驟，并且當(dāng)結(jié)構(gòu)破壞達(dá)到一定程度時(shí)采用固定的位移加載模式，因此使得計(jì)算過程大為簡化。 5.斜拉橋?yàn)閺?fù)雜的多自由度結(jié)構(gòu)體系，其在地震中的反應(yīng)受高階振型影響顯著，等效地震力的分布模式非常復(fù)雜，傳統(tǒng)的基

8、于力的Pushover方法無法對斜拉橋進(jìn)行靜力彈塑性分析。而DASPA法直接基于位移來定義加載模式，且考慮了高階振型的影響，因此可以用來對斜拉橋進(jìn)行彈塑性分析。但是由于斜拉橋橋型的特殊性，使得DASPA法的計(jì)算結(jié)果依賴于側(cè)向荷載的加載方向，這與實(shí)際不符。鑒于此，本文又提出了針對斜拉橋的修正的DASPA法，對斜拉橋屈服后的位移模式進(jìn)行修正。將DASPA法和修正的DASPA法得到的計(jì)算結(jié)果分別與非線性時(shí)程分析得到的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果表明