考慮地震動(dòng)空間變化性的曲線梁橋簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)方法研究

地震動(dòng)空間變化性對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響，尤其對(duì)于橋梁、管線和大壩等延長(zhǎng)型結(jié)構(gòu)的影響是不可忽略的。本項(xiàng)目以常見的曲線連續(xù)梁橋?yàn)楸尘?，通過振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)和數(shù)值模擬分析，研究了橋梁結(jié)構(gòu)在空間地震動(dòng)作用下的抗震性能及響應(yīng)規(guī)律，主要研究工作及成果包括如下幾點(diǎn)：（1）給出了不規(guī)則場(chǎng)地條件下空間變化地震動(dòng)的合成方法。該方法通過場(chǎng)地傳遞函數(shù)將基巖功率譜轉(zhuǎn)化為地表功率譜，從而有效地考慮了土層不規(guī)則性對(duì)地震動(dòng)的影響。（2）進(jìn)行了空間變化地震動(dòng)作用下曲線梁橋抗震性能的試驗(yàn)研究。指出行波效應(yīng)、不相干效應(yīng)以及局部場(chǎng)地效應(yīng)對(duì)曲線梁橋的動(dòng)力響應(yīng)均具有一定的影響，以不規(guī)則場(chǎng)地條件和土層分布所引起的局部場(chǎng)地效應(yīng)較為顯著，如果 在抗震設(shè)計(jì)中不考慮這些因素的影響，將會(huì)錯(cuò)誤地估計(jì)結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。（3）分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)與地震動(dòng)參數(shù)對(duì)曲線梁橋動(dòng)力響應(yīng)的影響規(guī)律。指出地震動(dòng)參數(shù)對(duì)曲線梁橋動(dòng)力響應(yīng)的影響規(guī)律基本上與試驗(yàn)結(jié)果相同；圓心角和墩高的變化均會(huì)改變地震動(dòng)空間效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響程度。（4）地震動(dòng)的空間變化性和脈沖效應(yīng)不但會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力產(chǎn)生顯著影響，還會(huì)增大結(jié)構(gòu)的振幅或加劇相鄰結(jié)構(gòu)之間的不同步振動(dòng)，從而顯著增大碰撞發(fā)生的概率和碰撞力的大小，在橋梁的抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮其對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)碰撞產(chǎn)生的影響，否則會(huì)錯(cuò)誤的估計(jì)結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。（5）研究了在橋梁抗震設(shè)計(jì)中考慮地震動(dòng)空間變化性的簡(jiǎn)化方法的適用性。指出歐洲規(guī)范所提出的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)方法雖然可以簡(jiǎn)單、快速地考慮非一致激勵(lì)的影響，但可能會(huì)低估地震動(dòng)空間效應(yīng)的放大作用，特別是對(duì)于曲線梁橋這種不規(guī)則結(jié)構(gòu)；該方法無法估計(jì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的分布以及最不利反應(yīng)發(fā)生的位置；對(duì)于上下部結(jié)構(gòu)通過滑動(dòng)支座等具有較明顯非線性特征的支座連接的橋梁結(jié)構(gòu)，該方法是不適用的。以上研究成果在一定程度上揭示了地震動(dòng)空間變化性對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的影響規(guī)律，可為強(qiáng)震地區(qū)的橋梁抗震設(shè)計(jì)提供參考和指導(dǎo)。 2100433B

在歷次強(qiáng)震中，曲線梁橋均有發(fā)生破壞和倒塌的例子，而現(xiàn)有規(guī)范卻缺乏空間變化地震作用下曲線梁橋的相關(guān)抗震設(shè)計(jì)方法。鑒于此，本項(xiàng)目擬采用波動(dòng)理論和邊界元法并結(jié)合編程來模擬地震波在復(fù)雜土體結(jié)構(gòu)中的傳播，同時(shí)利用場(chǎng)地傳遞函數(shù)來體現(xiàn)不同土體參數(shù)和土層分布不規(guī)則性引起的局部場(chǎng)地效應(yīng)，給出不規(guī)則土層分布情形下的地震動(dòng)空間模型理論及人工地震動(dòng)合成方法，在此基礎(chǔ)上以不同結(jié)構(gòu)參數(shù)（曲率、支座布置方式、墩高）的曲線梁橋?yàn)檠芯繉?duì)象，采用非線性時(shí)程分析方法，研究空間變化地震作用下曲線梁橋的動(dòng)力響應(yīng)特點(diǎn)、破壞形式和破壞機(jī)理，分析結(jié)構(gòu)參數(shù)和地震動(dòng)空間模型參數(shù)對(duì)曲線梁橋動(dòng)力響應(yīng)的影響規(guī)律和程度，確定符合空間變化地震作用下曲線梁橋動(dòng)力響應(yīng)特征的擬靜力位移計(jì)算方法和施加模式。本項(xiàng)目將基于反應(yīng)譜法建立一套簡(jiǎn)單、實(shí)用的考慮地震動(dòng)空間變化性的曲線梁橋簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)方法，為中國(guó)橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的修訂和完善提供重要參考和依據(jù)。

第一篇　曲線梁橋力學(xué)分析與鋼筋混凝土曲梁配筋計(jì)算

第一章　緒論

1.1　曲線梁橋在交通工程中的地位

1.2　曲線梁橋設(shè)計(jì)與施工中的主要問題

1.3　我國(guó)在曲線梁枯設(shè)計(jì)科研中的成績(jī)

第二章　計(jì)算曲線梁橋內(nèi)力的變形的有限單元法

2.1　圓弧曲桿的變形微分方程

2.2　解析方法簡(jiǎn)介

2.3　有限單元法計(jì)算曲線梁縱向影響線

2.4　曲線梁橋橫截面擬定及橋梁寬度對(duì)內(nèi)力計(jì)算精度的影響

2.5　曲線梁橋的沖擊系數(shù)

第三章　重力荷載下曲線梁橋的內(nèi)力橫向分配算法

3.1　開口截面曲線梁的內(nèi)力橫向分配算法

3.2　剛性截面法計(jì)算曲線梁內(nèi)力橫向分配算法

3.3　考慮橫截面彈性變形的箱形梁橋內(nèi)力橫向分配算法2100433B

內(nèi)容簡(jiǎn)介 本書共分兩篇。第一篇系統(tǒng)介紹了圓弧曲桿有限單元法、曲線梁橋沖擊系數(shù)算法、重力、非重力荷載下曲線梁橋內(nèi)力橫向分配算法。第二篇介紹了曲線梁橋預(yù)應(yīng)力鋼筋磨擦應(yīng)力損失計(jì)算方法和曲線梁橋預(yù)應(yīng)力鋼筋合力重心線的計(jì)算方法。上述方法應(yīng)用方便、總體精度高，計(jì)算速度快，廣泛應(yīng)用于我國(guó)曲線梁橋的設(shè)計(jì)。

本書可供橋梁專業(yè)教學(xué)、研究和設(shè)計(jì)人員應(yīng)用參考。

作者簡(jiǎn)介 孫廣華，1944年生于河南省開封市，1968年畢業(yè)于同濟(jì)大學(xué)橋梁專業(yè)，1968年至1978年先生在烏魯木齊鐵路局、武漢鐵路局當(dāng)養(yǎng)路工、技術(shù)員、助理工程師，1981年在同濟(jì)大學(xué)獲碩士學(xué)位，之后到1992年在東南大學(xué)任教，其間于1990年獲工學(xué)博士學(xué)位，1991年晉升副研究員，1992年底調(diào)珠海市建設(shè)委員會(huì)總工程師室工作。

針對(duì)忽略長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)應(yīng)力時(shí)序可能造成鋼箱梁橋疲勞評(píng)估結(jié)果偏離實(shí)際情況的不足，本項(xiàng)目對(duì)考慮長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)應(yīng)力時(shí)序的鋼箱梁橋疲勞評(píng)估方法的關(guān)鍵科學(xué)問題開展系統(tǒng)性研究，主要包括：（1）基于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)應(yīng)力數(shù)據(jù)揭示疲勞荷載效應(yīng)的時(shí)變規(guī)律并建立疲勞荷載效應(yīng)的時(shí)變函數(shù)，給出疲勞荷載效應(yīng)的統(tǒng)計(jì)模型，進(jìn)而提出面向可靠度評(píng)估的時(shí)變疲勞荷載效應(yīng)隨機(jī)模擬方法；（2）形成鋼箱梁橋疲勞評(píng)估的全空間S-N曲線，建立考慮長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)應(yīng)力時(shí)序的非線性疲勞損傷累積模式，在此基礎(chǔ)上提出非線性疲勞累積損傷計(jì)算的高效時(shí)序損傷模型；（3）建立基于高效時(shí)序損傷模型的鋼箱梁橋疲勞可靠度評(píng)估極限狀態(tài)方程，確定極限狀態(tài)方程參數(shù)的概率表述，從而形成考慮長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)應(yīng)力時(shí)序的鋼箱梁橋疲勞可靠度評(píng)估方法；（4）集成考慮長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)應(yīng)力時(shí)序的鋼箱梁橋疲勞評(píng)估軟件，開展考慮長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)應(yīng)力時(shí)序的疲勞評(píng)估方法典型工程應(yīng)用。研究結(jié)果可為鋼箱梁橋的疲勞性能評(píng)估提供新的途徑。