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大跨度斜拉桥随机地震响应及动力可靠度分析

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摘要

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 随机地震输入研究现状

1.3 随机地震反应分析研究现状

1.4 随机地震动力可靠度研究现状

1.5 本文的主要研究内容

第二章 随机地震及动力可靠度分析理论

2.1 随机地震动相关模型

2.1.1 地震动功率谱相关模型

2.1.2 地震空间效应相关模型

2.2 直接求解运动方程的虚拟激励法

2.2.1 平稳随机振动响应的虚拟激励法

2.2.2 绝对位移直接求解的虚拟激励法理论

2.2.3 多维多点的功率谱矩阵分解

2.2.4 绝对位移求解的虚拟激励法在ANSYS中的应用

2.3 结构可靠度基本理论

2.3.1 可靠度与可靠度指标

2.3.2 一次二阶矩法

2.3.3 Monte Carlo抽样法

2.3.4 响应面法

2.4 动力可靠度理论

2.4.1 首次超越破坏准则

2.4.2 Possion假定和Markov假定

2.5 本章小结

第三章 动力特性分析

3.1 工程概况及结构模型

3.1.1 胜天特大桥工程概况

3.1.2 胜天大桥有限元模型

3.2 胜天大桥自振特性分析

3.2.1 基本概念

3.2.2 动力特性分析结果

3.3 本章小结

第四章 大跨度斜拉桥随机地震响应分析

4.1 随机地震动输入模型的选取及其参数确定

4.2 一致激励下响应分析

4.3 随机地震空间效应影响分析

4.3.1 行波效应

4.3.2 相干效应

4.3.3 局部场地效应

4.3.4 综合考虑及比较

4.4 本章小结

第五章 大跨度斜拉桥动力可靠度分析

5.1 结构破坏准则和破坏机制

5.2 考虑双重随机性的动力可靠度分析方法

5.2.1 功能函数的建立

5.2.2 基于响应面法的动力可靠度分析

5.2.3 基于神经网络响应面法的动力可靠度分析

5.3 主梁动力可靠度分析

5.4 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录

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摘要

我国大跨度斜拉桥建设飞速发展,其跨径已经实现了由几百米到千米级别的跨越,已建成的大跨度斜拉桥在我国交通系统中占据了重要地位。随着斜拉桥的跨径的快速增长,其动力性能亦趋复杂,地震荷载成为不可忽视的控制因素。同时,地震动作为一种随机荷载,结构的相关参数也具有一定的随机性,因此对大跨度斜拉桥进行随机地震响应以及动力可靠性分析便具有重要意义。论文以胜天特大斜拉桥为工程背景,运用ANSYS以及MATLAB对大跨度斜拉桥进行了多维多点的随机地震响应分析以及考虑激励和结构参数双重随机性的动力可靠度分析,论文的主要内容如下:
  1、系统地梳理了结构随机地震动以及动力可靠度相关理论。其中前者包括随机振动理论、随机地震动输入模型、地震动空间效应模型,推导了基于绝对位移直接求解的虚拟激励法理论,并给出了在通用型有限元分析程序ANSYS中的实现方法;后者主要包括首次超越准则、常用的可靠度计算方法以及基于神经网络算法考虑地震激励和结构参数双重随机性的结构动力可靠度分析方法。
  2、建立了胜天大桥的有限元模型并进行了动力特性分析,了解了其振型分布特征和刚度特性以指导随机地震分析。结果表明,考虑了结构大变形有应力的初始特征对结构动力特性影响很小,可以忽略。
  3、确定地震动输入模型,基于大型通用有限元分析软件ANSYS平台,采用了绝对位移的求解的虚拟激励法进行了胜天大桥随机地震响应分析,对比分析了结构在一维一致激励、多维一致激励、行波效应、相干效应、场地效应以及综合考虑下的响应特征。
  4、基于首次超越准则建立了胜天大桥主梁动力可靠度分析的功能函数,确定了主梁关键失效截面,采用了响应面法以及神经网络算法计算了主梁的动力可靠度,结果表明神经网络算法对非线性功能函数的拟合具有较高的精度和效率;胜天大桥在地震动作用下,其主梁可靠度较高,满足规范要求。

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