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我国地处环太平洋地震带和亚欧地震带之间,一直以来都是全世界内地震动最活跃的地区之一,接近半面国土都在地震高烈度区,许多高速铁路桥梁不可避免的处于近断层中。近些年来,近场地震动对工程结构造成的大量破坏引起了学者的广泛关注,但我国目前针对近场地震动的结构抗震设计与评估理论体系尚未形成,已有研究中考虑速度脉冲及竖向地震动等影响因素的较少。我国高速铁路建设正处于快速发展期,近场地震动作用下高速铁路桥梁抗震设计及安全性评估已成为必须考虑的内容。为此,本文以连徐高速铁路线中的新沂特大桥为工程背景,采用 OpenSees 软件进行了近场脉冲型地震动下的易损性研究。研究内容涉及高铁连续梁桥动力特性及地震响应分析、基于PCA的近场脉冲型地震动强度指标选取、基于易损性方法的高铁桥梁最不利地震动输入方向分析、竖向地震动对高铁连续梁桥易损性的影响分析等四个方面。主要研究内容包括:
1)高铁连续梁桥动力特性及地震响应分析。首先基于OpenSees建立了该桥的空间有限元模型;然后分析并验证了该桥的动力特性;最后根据场地土条件,分别选取了3条普通远场地震动和3条近场脉冲型地震动,对比分析了主梁跨中顺桥向位移、墩顶顺桥向位移、墩底顺桥向剪力、顺桥向滑动支座位移和顺桥向固定支座位移等在两类地震动下的地震响应,并对主梁跨中顺桥向位移响应进行了功率谱密度分析。
2)基于PCA的近场脉冲型地震动强度指标选取。首先选取了100条近场脉冲型地震动对所建的该桥有限元模型进行了非线性动力时程分析。然后,采用PCA(主成分分析方法)对所选桥梁构件的地震需求参数进行了降维处理,得到了桥梁结构的综合地震需求响应。最后通过线性回归建立了综合地震需求参数和地震动强度的概率地震需求模型,从有效性、实用性和充分性三方面对18种不同地震动强度指标进行了评价。
3)基于易损性方法的高铁连续梁桥最不利地震动输入方向分析。分别采用传统方法和易损性分析方法确定了该桥的最不利地震动输入方向,并将两个方法得到的结果进行了对比。在充分考虑桥墩截面各方向抗震能力差异的基础上,将全桥最不利输入方向上的易损性曲线与顺桥向和横桥向最不利输入方向上的易损性曲线进行了对比分析。
4)竖向地震动对高铁连续梁桥易损性的影响分析。首先对所选 100 条近场脉冲型地震动的竖向与水平向峰值加速度比值进行了分析;然后对比分析了不同竖向与水平向峰值加速度比值的固定中墩墩顶位移以及顺桥向、横桥向和最不利截面方向所对应最不利地震动输入方向的易损性曲线。
1)高铁连续梁桥动力特性及地震响应分析。首先基于OpenSees建立了该桥的空间有限元模型;然后分析并验证了该桥的动力特性;最后根据场地土条件,分别选取了3条普通远场地震动和3条近场脉冲型地震动,对比分析了主梁跨中顺桥向位移、墩顶顺桥向位移、墩底顺桥向剪力、顺桥向滑动支座位移和顺桥向固定支座位移等在两类地震动下的地震响应,并对主梁跨中顺桥向位移响应进行了功率谱密度分析。
2)基于PCA的近场脉冲型地震动强度指标选取。首先选取了100条近场脉冲型地震动对所建的该桥有限元模型进行了非线性动力时程分析。然后,采用PCA(主成分分析方法)对所选桥梁构件的地震需求参数进行了降维处理,得到了桥梁结构的综合地震需求响应。最后通过线性回归建立了综合地震需求参数和地震动强度的概率地震需求模型,从有效性、实用性和充分性三方面对18种不同地震动强度指标进行了评价。
3)基于易损性方法的高铁连续梁桥最不利地震动输入方向分析。分别采用传统方法和易损性分析方法确定了该桥的最不利地震动输入方向,并将两个方法得到的结果进行了对比。在充分考虑桥墩截面各方向抗震能力差异的基础上,将全桥最不利输入方向上的易损性曲线与顺桥向和横桥向最不利输入方向上的易损性曲线进行了对比分析。
4)竖向地震动对高铁连续梁桥易损性的影响分析。首先对所选 100 条近场脉冲型地震动的竖向与水平向峰值加速度比值进行了分析;然后对比分析了不同竖向与水平向峰值加速度比值的固定中墩墩顶位移以及顺桥向、横桥向和最不利截面方向所对应最不利地震动输入方向的易损性曲线。