浅谈考虑桩-土-桥相互作用的斜拉桥地震反应分析与控制

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1、哈尔滨工业大学硕士学位论文考虑桩-土-桥相互作用的斜拉桥地震反应分析与控制姓名：戎芹申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：欧进萍;凡友华20051201摘要本文在全蘧了鳃桥梁地震反应分搴厅及被动耗熊减振研究与应用的基础上，结合山东滨州黄河公路斜挝桥工程实例，从桩，土一桥动力相互作用、非线性、非+致地震激励、振动控制等四个方颟对斜控桥进行了系统的嫩震反应分析。fl》基于剐性建基缓定，应慰ANsYs软謦合璎建立了魁拉螃寿嫩，‘动力计算模型，分析了山糸滨州黄河公路斜拉桥半漂浮体系的动力特性；采用反应谱法诗棼了斜拉援在缎囊、横

2、肉、竖裹单猿激融下蜓逑震厦癌；采用时程反应分析的加速度1致激励法，分别计算了F种地震波下斜挝桥在缴囊、横两、竖逡三彝委交分鬟毽立传覆帮联合佟爱下豹逮震反应，笈琨横向、纵向嫩震分嚣使斜拉桥产生较大的位移和内力，并伴随着结构的窄涟运动矮合，淡明采霜三维跨冀模型豹重要谯。(2)将penzien提H{的集中质星模型扩展到三维空间，提出了改进模型并给毒了改进禳鍪下参数的确定方法，建立了考虑橙。±．轿碗力穗互佟溺效应的计算模型，并应用j：山东滨州黄河公路斜拉桥，对其进行模念分析和动力反应时程分析，与麓程邃基鬣定模燮诗算缩莱逡行了院较，

3、发现考虑桩．十相互作用后斜拉桥地震反应慰著增大，对于深桩基础斜挖桥，若按刚性地基假定考虑会降低结构瀚抗震设防襄求。(31分析了桩一土桥动力相互作用体系斜拉桥非线性因索的主要来源，给m了斜拉桥菲线性模拟方法，褴导了魄基土层恢复力模型，建立了考虑桩．士．桥楣互作用效应的斜拉桥非线性计算模型，详细分析比较了每一种非线性对斜拉桥横向、纵向地震反应的影响，计锋表明斜拉索非线性对斜拉桥缝震反应影蛹占主导地位；考虑行波效庸，分拆比较了辩拉桥在i内地震波联合作用时，不闹相位篾下斜拉桥的地震反应，发现行波效应b卡H位差寅笑，三自援动行波{乍

4、用下，续构反应峰值均增大，一维振动行波效应分析并不能真实反映行波效应对绐构的澎响：提出了刚性地基假定下斜拉桥妻粱地震反应分板应提赢‘个揍震设爨烈凄蕊设计思想，也为宠善鞠关漫计规范提供理论依搬。f4)赞对漂浮镕系爨挎援在±氇震俘煺下会产生过火梁端位移熬特点，姨地震位移控制的机理出发探讨了控制地震位移的方法，阐述了粘滞阻尼器哈尔滨工业大学工学硕士学位沦文的减振原理及其进行结构控制时的参数选择和合理布置，结合山东滨州黄河公路斜拉桥实际问题，选定了切实可行的粘滞阻尼器最佳设置位置，对刚性地基假定模型和桩一上．桥相互作用模型的有控结

5、构进行了数值模拟分析。分析结果表明，粘滞阻尼器能有效减小结构的地震响应，桩一上一桥相互作用模式下位移减振效果更加显著。关键词斜拉桥；桩．十．桥动力相可-作用；非线性；非一致地震激励；振动控制；粘滞阻尼器第1章绪论1．1课题背景地震是严重危害人类的一大自然灾害，给人类社会造成巨大的生命财产损失，有时甚至是毁灭性的破坏。据统计，地球上每年要发生近千次的破坏性地震，20世纪以来，地震引起的经济损失达数千亿美元，导致约120多万人死亡和近千万人严重伤残¨。2】。如13-4]1971年美国SanFernando地震(M6．6)，19

6、76年中国唐山大地震(M7．8)，1989年美国LomaPrieta地震(M7．0)，1994年美国Northridge地震(M6．7)，1995年月本阪神大地震(M7．2)及1999年台湾的集集地震，均造成大量的人员伤亡以及建筑物、桥梁等结构的破坏或坍塌，导致城市经济总损失(以当时的币值为准)分别为：10亿美元，100亿人民币，70亿美元，200亿美元，1000亿美元，120亿美元。随着现代城市人口的大量聚集和经济的高速发展，对交通线的依赖越来越强。桥梁是交通运输系统的枢纽工程，是生命线工程的重要组成部分。地震中，桥梁的

7、破坏将导致震区交通生命线中断，造成救灾工作的巨大困难，使次生灾害加重，导致巨大的经济损失。从震害的调查结果显示，桥梁的毁坏非常严重，如我国在1975年的海城地震中618座桥梁中有193座遭到不同程度的损坏，占31．2％，其中有16座桥梁严重损坏，无法继续使用；在1976年唐山地震中，唐山地区公路桥遭到不同程度破坏，占桥梁总长数的62％，严重毁坏、倒塌的大、中桥有20座，占13％，天津地区遭到中等以上破坏的公路桥占总长数的21％，严重毁坏的大、中桥有10座，可见损失相当大，而且对震后救灾造成极大困难。随着经济的发展，人口的密

8、集，地震将给人类的生命财产造成更大的威胁。因此，对桥梁采用合理的抗震分析方法和抗震措施，提高桥梁结构的抗震性能，保证桥梁在地震中安全和正常使用是非常重要的。要使结构真正做到“小震不坏，大震不倒”，就必须合理分析结构在地震作用下的反应，全面考虑其影响因素。在常规的结构抗震设计中，大多采用刚性地基的假定，即