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基于能力谱方法和新损伤模型的刚架式系杆拱桥抗震设计

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第1章绪论

1.1刚架式系杆拱桥概述

1.1.1刚架式系杆拱桥的结构基本特点

1.1.2刚架式系杆拱桥的发展历史

1.2系杆拱桥的抗震研究现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3刚架式系杆拱桥的结构动力和抗震特点

1.4桥梁结构抗震设计方法概述

1.4.1结构地震响应分析方法

1.4.2结构抗震设计思想的发展

1.5桥梁结构基于地震损伤的抗震设计方法

1.5.1结构抗震的设防水准

1.5.2结构抗震的性能目标

1.5.3结构地震损伤指标与损伤模型

1.5.4损伤指标的计算方法

1.6研究目的与研究内容

1.6.1研究目的

1.6.2研究内容

参考文献

第2章基于静力推覆的刚架式系杆拱桥的延性评价方法

2.1静力推覆方法概述

2.2静力推覆分析实施方法

2.2.1侧向力加载方式

2.2.2塑性铰计算模型的选取

2.2.3静力推覆的计算方法

2.2.4静力推覆分析的终止条件

2.3模态静力推覆分析的实施方法

2.3.1实施步骤

2.3.2等效弹塑性单自由度体系的建立

2.3.3目标位移的计算

2.3.4模态推覆分析中模态数的选择

2.4刚架式系杆拱桥基于静力推覆的延性评价

2.4.1算例结构参数及计算工况

2.4.2模态分析

2.4.3静力推覆分析

2.4.4弹塑性时程分析

2.4.5能力曲线的比较

2.4.6位移延性系数

2.5本章小结

参考文献

第3章基于能力谱方法的刚架式系杆拱桥地震响应简化分析

3.1能力谱方法概述

3.1.1能力谱曲线的转换

3.1.2需求谱曲线的转换

3.1.3性能点的求解

3.2弹塑性单自由度体系的等效线性化方法

3.2.1等效线性化方法的原理和分类

3.2.2等效线性化方法的评述与比选

3.3弹塑性反应谱方法

3.3.1几种典型的强度折减系数

3.3.2不同强度折减系数的比较

3.4弹塑性单自由度体系地震响应简化方法的精度评价

3.4.1计算参数的选择

3.4.2选择的等效线性化方法和弹塑性反应谱方法

3.4.3评价方法

3.4.4计算结果的评价

3.5能力谱方法性能点的求解

3.5.1 ATC-40方法

3.5.2 Chopra的改进能力谱法

3.5.3简化能力谱方法

3.5.4单自由度体系地震响应简化计算方法比较

3.6本文建议的弹塑性地震响应简化计算方法

3.7刚架式系杆拱桥算例分析

3.7.1实际地震波建立的需求谱

3.7.2基于现行规范反应谱建立的需求谱

3.8本章小结

参考文献

第4章地震损伤模型研究

4.1地震损伤模型概述

4.2对几种典型损伤模型的分析和评述

4.2.1单参数模型

4.2.2双参数损伤模型

4.2.3对几种典型损伤模型的比较

4.3基于刚度退化和耗能的双参数损伤模型的提出

4.4基于刚度退化和耗能的双参数损伤模型的可行性分析

4.4.1骨架曲线为简化双折线体系的参数分析

4.4.2试验分析

4.5抗震性能水平与损伤指标的对应关系

4.6本章小结

参考文献

第5章刚架式系杆拱桥抗震性能的试验研究与损伤分析

5.1试验目的

5.2试验概况

5.2.1试验模型简介

5.2.2试验方法和加载制度

5.2.3试验结果的采集

5.3试验试件的理论分析

5.3.1静力推覆分析

5.3.3试验模型损伤指标理论分析

5.4拟静力试验结果分析

5.4.1试验试件的破坏形态

5.4.1试验试件的滞回曲线与骨架曲线

5.4.2试验试件的延性评价

5.4.3试验试件的耗能能力

5.4.4试验试件的刚度退化

5.4.5拟静力试验的基于刚度退化和耗能双参数模型的损伤分析

5.5本章小结

参考文献

第6章基于能力谱方法和损伤模型的桥梁结构抗震设计方法研究

6.1抗震设防水准

6.2性能水平和性能目标

6.3地震损伤性能目标

6.4桥梁抗震性能评估方法

6.4.1基于能力谱方法的损伤指标计算方法

6.4.2算例分析

6.5桥梁结构基于能力谱方法和损伤模型的抗震设计方法

6.6本章小结

参考文献

第7章总结与展望

7.1全文总结

7.1.1地震向应简化分析方法

7.1.2基于刚度退化和耗能的新损伤模型

7.1.3基于能力谱方法和新损伤模型的桥梁结构抗震设计方法

7.2展望

附录

作者攻读硕士期间发表的论文及参与的科研情况

致谢

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摘要

刚架式系杆拱桥是在简支系杆拱桥体系上发展起来的新桥型,自二十世纪九十年代以来,该桥型在我国得到了较为广泛的应用。本论文以模态静力推覆作为考察结构非线性能力的手段,探讨采用能力谱方法作为桥梁结构非线性地震响应的简化计算方法,提出一种新的刚度退化和耗能双参数地震损伤模型,用于考察桥梁结构地震损伤的指标,对刚架式系杆拱桥的抗震设计方法进行了探讨。具体研究内容概括如下: (1)采用模态静力推覆方法进行了刚架式系杆拱桥的延性评价,并对侧向力分布模式进行了探讨。针对该类桥型高阶振型参与程度较高的特点,分别采用模态静力推覆方法、水平加速度静力推覆方法和弹塑性时程方法进行了结构整体延性的计算,以实桥模型为例,验证了模态静力推覆在延性评价中的适用性,评价了刚架式系杆拱桥的纵桥向和横桥向的位移延性能力。 (2)探讨了基于能力谱方法的桥梁地震响应简化分析方法。对能力谱方法中的几个关键问题,如计算方法的精度、需求谱的建立以及能力谱方法性能点的求解,进行了较为详细的分析。然后以刚架式系杆拱桥模型为例进行了地震响应简化分析。 (3)提出一种基于刚度退化和耗能双参数的新的地震损伤模型。通过对既有地震损伤模型的比较分析,提出了基于刚度退化和耗能双参数的地震损伤模型。利用取白美国太平洋地震研究中心(PEER)结构数据库的钢筋混凝土压弯构件的拟静力试验和拟动力试验的结果,对提出的地震损伤模型进行了验证,初步探讨了桥梁损伤指标和损伤性能目标之间的关系。 (4)开展了刚架式系杆拱桥的拟静力试验研究,并进行了损伤分析。对采用被动分肢墩和普通钢筋混凝土桥墩的两榀试件进行了试验研究,同时,利用刚度退化和耗能双参数的损伤模型对试件的损伤发展进行了定量的计算,结果表明该损伤模型对试件破坏的全过程有较好的刻画。 (5)探讨了基于损伤模型和能力谱方法的桥梁抗震设计方法。对桥梁结构基于性能的抗震设计方法中的三个关键问题,即分级的抗震设防水准、抗震性能目标和地震损伤基于能力谱方法的简化计算,进行了初步的研究。在此基础上提出了基于损伤模型和能力谱方法的桥梁抗震设计方法。

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