摘 要

我国公路、桥梁等基础建设如火如荼，钢筋混凝土高墩桥梁已经大量的出现在工程之中。我国作为一个多地震且地震频发的国家，在钢筋混凝土高墩桥梁广泛应用这一客观现状之下，对钢筋混凝土高墩桥梁的抗震性能进行研究是十分必要和迫切的。本次研究选择OpenSEES有限元分析软件作为研究工具。OpenSEES是一个面向对象、能够建立结构体系模型，进行非线性动力分析以及反应结果处理的结构分析系统。此次研究，利用有限元分析软件OpenSEES建立桥梁高墩计算模型，结合动态时程分析法，对桥梁高墩的地震响应情况进行分析研究，为钢筋混凝土高墩桥梁抗震设计概念的进一步明确、抗震设计体系的进一步建立和完善提供基础性的资料。

关键词：钢筋混凝土高墩桥梁；有限元模型；动态时程法；地震响应分析

AbstractInfrastructure of roads, bridges, etc. is in full swing, and there are more and more reinforced concrete bridges with high piers in bridge engineering. China is a seismically active country, the seismic performance analysis of reinforced concrete bridge with high piers is necessary and urgent. In this study the OpenSeeS finite element analysis software is chosen . OpenSEES is a system of object oriented, and is able to build structure model, perform nonlinear dynamic analysis and make results processing. The calculation model of bridge with high piers is established by using the finite element analysis software OpenSEES, combined with dynamic time-history analysis, a study of seismic response analysis is made. This research provides basic information for the further establishment of the concept of seismic design and improvement of reinforced concrete high pier bridge seismic design.

Key Words：Reinforced concrete high pier bridge ; Finite element model ; Dynamic time history method; Seismic response analysis

目录

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2本文的研究意义、主要内容和预期目标 4

第2章 学习有限元分析软件 6

2.1 OpenSEES 简介 6

2.2简支梁实例学习 6

第3章 有限元模型建立 12

第4章 地震响应分析 20

4.1 结构动力特性 20

4.2 梁端自由情况下结构地震响应分析 21

4.3 梁端竖向铰支约束下结构地震响应分析 38

第5章 结论与展望 46

5.1本文主要结论 46

5.2存在的问题与展望 46

致谢 47

参考文献 48

第1章 绪论

1.1研究背景

1.1.1地震概述

地震是地壳运动的一种表现，与地质构造有密切的关系。按产生原因，地震可以大体分为四种，分别为火山地震，陷落地震，构造地震和诱发地震。火山地震顾名思义是由火山运动引起的，火山地震发生次数较少，只占全球地震发生总数的百分之七，陷落地震的发生是由于地球上地层的陷落引起的，它发生的次数也比较少，占全球发生总数的2%-4%。构造地震产生的原因是某一位置处的地应力不断增加，当应力增加到一定值时，该处较薄弱处的岩石会发生断裂，能量得到释放，导致地面产生剧烈震动，形成了构造地震。构造地震是发生次数最多的地震，地震的破坏性最强，影响的范围最大。诱发地震一般由地下核爆炸，油田注水引起。

按震源的深浅度，地震分为浅源地震，中源地震和深源地震。浅源地震的震源深度一般不到60km,中源地震的震源深度一般大于60km但是不足300km，深源地震的震源深度大于300km。在这几种地震中浅源地震造成的危害最大。

按地震强度的大小，地震分为微震，有感地震，中强地震和强震。微震释放的能量少，只有专门的仪器才能记录到，人体一般感应不到，而有感地震可以被人体感觉到，中强地震和强震则会对地面造成破坏，其中强震会造成比较巨大的破坏。

关于地应力产生，世人普遍认可的是板块构造学说，板块构造学认为，地核产生的热量引起地幔中物质移动，从而产生了板块的运动，板块的运动受到摩擦和的约束。当聚集在板块中的应变能克服所有阻力后，引起断层间的相对滑移，这种滑移被瑞德称为弹性回跳。这种行为会释放大量的能量从而导致地震发生。地震释放的能量以体波和面波的形式传播，体波分为通过推拉运动传递的P波和通过垂直运动方向传递的S波。面波也分为两类，分别是勒夫波和瑞利波。

一般情况下，地震集中发生在断层附近，比其他断层能够更快地运动的断层往往更容易发生地震，同时断层越大就越有可能发生大地震。

地震强度有很多种表示方法，震级是最常用的表示方法。震级是根据离震中100km的地方地震仪记录的最大振幅值进行对数运算得到的值。震级每差一级，地震释放的能量相差32倍，据估计7级地震释放的能量相当于四千万吨的TNT炸弹爆炸释放的能量。震级表示的地震强度指的是地震释放能量的大小，地震对地面结构的破坏受地面与震源的距离，地表土层的震动特性，震级的影响。所以离震源的距离越远受到的影响就越小，为了衡量发生地震时某地点受到地震影响的大小，人们引入了地震烈度。地震烈度是用来衡量地震破坏作用大小的指标，对于一次地震，地震的强度只有一个，而地震的烈度则是变化的。

世界地震的分布，世界上主要分为两个地震带分别为环太平洋地震带和欧亚地震带。环太平洋地震带沿着美洲的西海岸经日本列岛至我国的台湾，一直到新西兰，是地球上最活跃的地震带，这一地震带集中了全世界80%的地震，释放的能量占全世界的75%，尤其是近几年该地震带频繁发生地震，比如1995年日本兵库县的南部地震和1999年台湾的集集地震。这两次地震都造成了大量的人员伤亡以及惨重的经济损失。欧亚地震带从印尼西部，缅甸经我国喜马拉雅山，中亚细亚到地中海。欧亚地震带的地震震源较浅，震中带的散布宽度为2000km至3000km，其散布宽度是环太平洋地震带的10倍。

我国处于环太平洋地震带和欧亚地震带之间，因此我国的地震活动比较多也比较强烈。我国大陆发生的地震约占世界大陆上发生的地震总数的三分之一。国内主要的地震活动区有1.福建，广东两省和部分东南沿海地区。2.华北太行山和京津唐地区3.四川，云南和青藏高原4.新疆，宁夏和甘肃地区。我国的地震情况复杂，从历史来看，我国的绝大部分地区都发生过破坏性地震，其中包括强度较大的强震。目前我国经济建设迅速发展，同时也带动了公路工程等的发展，可以说当今世界上最大的土木工程建设在中国。生命线工程——对社会生活和生产有重大影响的交通、通讯、供电等工程也被人们反复提及，地震可使其遭到破坏，从而使现代化的城市瘫痪，造成极大人员伤亡和财产损失。

1.1.2 桥梁抗震概述

桥梁的地震损伤会产生严重的后果，轻微的地震损伤不容易被发现，但是可能会造成严重的后果。因为桥梁在交通运输中起着至关重要的作用，即使是轻微的损伤由于存在安全隐患导致桥梁的关闭。而桥梁的关闭，会给交通产生极大的不便，地震刚发生后，将会导致对突发事件的应急反应能力大大下降；关闭桥梁还会造成巨大的经济损失。