近断层脉冲型地震动对悬索桥减震体系的影响研究

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近断层脉冲地震动的相关研究如近断层地震动反应谱以及人工合成近断层地震动等大多数是建立在脉冲提取分离的基础上,但是目前常用的小波脉冲识别方法中仍存在自适应性差、经验模态分解法出现模态混叠等一系列问题,因此研究合理有效的脉冲分离方法是十分必要的。同时,随着减震技术的不断发展,大多数桥梁中均布置减震措施以提高和改善其抗震能力,然而对于近断层地震动区域的大跨度悬索桥而言,近断层地震动对其结构自身响应以及减震体系减震效果的影响缺乏系统研究,故探索近断层脉冲及其脉冲周期对大跨度悬索桥的内力响应以及减震效果的影响规律具有十分重要的意义。本文以金沙江大跨度悬索桥为研究对象,运用ANSYS有限元软件建立有限元模型,分析了近断层脉冲地震动对该桥的地震响应及减震体系的减震效果,具体研究内容如下:
  (1)近断层脉冲地震动的识别。通过大量文献综述发现机电领域中采用的CEEMD方法能有效地提取简谐周期信号中的冲击成分,本文首次引入CEEMD方法实现了对近断层脉冲型地震动的识别。为验证CEEMD方法识别的准确性,文中选取18条近断层地震记录,分别采用小波分析法、EMD法、EEMD法和CEEMD法对近断层地震动进行脉冲信号的分离,根据脉冲重构准则对分离后的脉冲分量进行重构得到光滑的有脉冲信号,通过对比不同分解法的结果得出CEEMD法有脉冲地震动的分解效果优于其他三种方法,并基于CEEMD分解后的有脉冲信号采用峰点法进行脉冲周期的提取,为进一步研究脉冲周期对结构影响奠定了基础。
  (2)近断层脉冲地震动对大跨度悬索桥地震响应的影响研究。基于ANSYS有限元软件建立了金沙江大跨度悬索桥的有限元模型,根据CEEMD分解得到的结果,选择5条不同脉冲周期的地震动分别计算了单向、三向近断层地震动对大跨度悬索桥地震响应的影响,研究得出速度脉冲对悬索桥主梁响应的影响最大可达268.23%,同时不同脉冲周期近断层地震动对结构影响不同,对文中所选悬索桥而言其敏感周期为5s。因此,位于近断层地震区的大跨度悬索桥需考虑不同脉冲周期近场地震动对结构响应的影响。
  (3)近断层脉冲地震动对大跨度悬索桥中粘滞阻尼器减震效果的影响研究。根据粘滞阻尼器装置的特点,选取不同粘滞阻尼器参数进行敏感性分析,确定其最优参数设置及布置位置,同时考虑速度脉冲对粘滞阻尼器减震效果的影响。结果表明,速度脉冲会不同程度地降低粘滞阻尼器的减震效果,其中脉冲对主梁顺桥向位移减震率的降低效果最为明显,最大为38.36%。
  (4)近断层脉冲地震动对大跨度悬索桥中央扣减震效果的影响研究。通过对比不同中央扣形式对大跨度悬索桥响应的影响规律得到合理的减震布置方案,并分别计算分析了不同脉冲周期近断层地震动对柔性和刚性中央扣减震效果的影响。研究表明,大跨度悬索桥布置刚性中央扣时的减震效果优于柔性中央扣;同时设置刚性中央扣时,脉冲对悬索桥结构响应的影响大于设置柔性中央扣。
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