钢管混凝土拱桥近断层地震

      近年来全球地震多发，对大跨度桥梁抗震设计提出了更高的要求。针对钢管混凝土拱桥这一桥型，在近断层地震频谱特性分析的基础上，作者提出了有特色的抗震分析方法，值得从事桥梁抗震相关设计和研究的人员借鉴和参考。 

        本书将大跨度钢管混凝土拱桥结构（如下承式系杆拱桥及飞鸟式梁拱组合桥）的抗震性能为研究内容，以若干破坏影响力巨大的历史地震动记录（美国北岭地震、我国台湾集集地震、我国汶川地震等）的频谱特性研究为切入点，基于ANSYS有限元软件讨论了钢管混凝土拱肋材料非线性、几何非线性、初始几何缺陷等因素对结构的抗震性能影响问题，并通过小波分析方法实现了建立描述近断层地震作用大小的评价指标。而IDA分析是近年发展起来的用于评估地震动作用下结构性能的一种参数化分析方法，能够考虑结构抗震能力的不确定性和随机因素，是今后抗震性能评估的发展趋势。基于以上内容，在研究了近断层地震作用下的IDA动力稳定问题后，发现脉冲型近震的破坏力巨大，有可能造成非线性极值动力失稳，结构的失稳临界荷载会明显降低。使用新的评价指标WAPA（WeightedAveragePeakAcceleration）作为IDA分析强度指标IM（IntensityMeasure），可显著改善IDA曲线簇的离散性，也有利于了解研究近断层脉冲运动对钢管混凝土拱桥结构所造成的动力失稳破坏特点，同时为进一步的地震易损性分析提供了更好的研究工具和思路。书中特别附有如何进行LP小波分解与重构、如何建立WAPA加权小波分量峰值加速度指标以及编写汉宁窗功率谱和LP小波局部谱密度分析等MATLAB语言程序，以供读者借鉴和参考。本书适用于从事桥梁结构抗震专业的工程技术人员和高等院校的研究生等使用。

    邢帆，男，博士，西南交通大学峨眉校区副教授。

第1章绪论，
第2章非平衡信号时-频分步估计，
第3章钢管混凝土拱桥非线性地震响应分析，
第4章近断层地震频谱特性与作用指标研究，
第5章基于IDA分析的钢管混凝土拱桥动力稳定研究，
第6章专题

桥梁抗震工程是城市“生命线工程”的重要组成部分,尤其是在地震发生后的紧急救援和抗震救灾中,其重要性不言而喻。本世纪发生的历次强震记录显示，曾经出现的强震地面加速度峰值超过10g，单纯依靠增加桥梁的强度无法抵御地震危害。因此，国内外学者逐渐意识到过去的抗震设计理论仅以结构安全和防止结构损坏为目的是远远不够的。美国学者在20世纪90年代初提出了基于性能的抗震设计思想（PerformancebasedSeismicDesign，PBSD），就是针对不同的结构特点和性能要以保障桥梁结构在各级地震水平作用下的抗震性能，随着研究的不断深入，包括桥梁震害机理及易损性分析在内的桥梁结构抗震性能评估也成为当前的研究热点与难点问题。

不同于远场地震，近断层地震往往表现为地震能量集中在时频域空间上突然的释放，不大的低频速度脉冲就会给大跨桥梁带来灾难性破坏作用。近场地震动对结构有更高的能量需求，因而吸引了许多学者对近场地震动本身的性质及其对结构影响方面的问题进行深入研究。大跨度钢管混凝土拱桥体系受力复杂，对其在近断层地震作用下进行基于性能的抗震性能评估研究具有重要的现实意义。鉴于地震动是强非平稳过程，桥梁结构受输入地震频谱特性的影响，非线性响应结果差别巨大。同时，结构动力失稳问题也要从地震响应角度出发进行研究，所以地震频谱特性的差异也会对动力稳定分析产生不容忽视的影响。而关于地震频谱特性对结构非线性响应的影响研究是当前结构抗震分析中的前沿课题，需要涉及数字信号处理及非线性动力学的多学科知识，尽管当前还难以使用准确的数学解析模型来描述地震的非平稳性。尽管地震频谱特性对结构反应影响复杂，但还是可以通过地震时变谱大致建立起地震能量的时频分布特征与结构非线性响应之间的联系。

本书以有关地震频谱特性的研究作为主线，同时也关注了包括材料非线性、几何非线性、初始几何缺陷等因素对钢管混凝土拱桥的地震响应及动力稳定的影响问题。由于近断层强震更易对长周期大跨桥梁结构造成严重破坏，因此论文不但对近断层地震的频谱特性及其反应特点加以总结，还通过小波分析数值方法建立了能够反映近断层地震作用大小的指标WAPA，并就近断层地震作用下的动力稳定问题展开了深入讨论。当前进行结构抗震性能评估的方法主要有非线性静力分析Pushover和增量动力分析IDA，其中Pushover方法属于简化的评估方法，不能考虑地震动参数及高阶振型对结构反应的影响，虽然采用IDA方法进行结构的损伤程度分析需要大量的地震动输入，但是如果配合所谓地震易损性曲线则可判断出当地震动强度指标达到某一值时构件和结构可能发生的破坏状态。因此建立实用的、可以显著改善IDA曲线簇离散性的近断层地震作用强度指标IM（IntensityMeasure）具有积极的意义。

感谢被引用文献的专家和学者，感谢西南交通大学峨眉校区高层次人才科研基金项目“近断层地震及大跨径桥梁非线性地震响应分析”（项目号10101X10096009）支持，感谢中国铁路总公司科技研究开发计划重点课题“高速铁路运营混凝土桥梁使用寿命预测方法及计算理论研究”（课题编号2012G013C）支持，感谢国家自然科学基金面上项目（51178397）支持,感谢中国铁道出版社的支持。