山西某大跨复合拱式渡槽支撑结构的隔震应用分析

论文摘要

世界桥梁发展是随着桥梁跨度的不断增大,桥型的不断丰富,结构的不断轻型化而发展的。而钢管混凝土拱桥作为一种新型的结构体系,具有质量轻、重心低、强度大等优点而发展迅速,被广泛应用到渡槽支撑结构等领域。但是,在桥梁跨度增大的同时,其抗震方面的问题也越来越突出。因此对此类结构采用隔震技术改善结构的抗震性能并对其进行深入的研究显得很有意义和必要性。基于本文中实际工程渡槽支撑结构与桥梁结构在一一定程度上具有可比性,本文以南水北调某处工程为背景,采用钢管一钢管混凝土复合拱结构作为支撑结构。根据结构构件的单元相关模拟,采用有限元软件MIDAS建立结构非隔震与隔震两种模型,通过对两种模型的计算分析得出结构的整体性相关结论,主要内容及结论如下：1.采用MIDAS软件对山西某大跨上承式渡槽支撑结构建立了整体有限元分析模型。根据铅芯橡胶支座的特性,采用非线性连接单元对其进行模拟。最后得出的分析结果也较好的证明了非线性连接单元能较真实的模拟铅芯橡胶支座的刚度、阻尼等特性,效果良好。2.对拱式渡槽支撑结构隔震与非隔震模型的自振特性进行了比较分析。计算得出结构的振动主要有主拱肋和桥面边梁的面内振动、面外振动、局部振动三种形式,并且局部带有一定程度的扭转；采用铅芯橡胶隔震支座后,周期得到明显的延长,增加了对地震能量的耗散能力,改善了结构的动力响应特性；3.对大跨上承式渡槽支撑结构进行了地震反应谱分析和时程分析。分析两种结构模型在一致激励下的地震作用,研究在地震荷载组合作用及三向地震单独作用下结构的地震影响,得出在两种模型下结构的内力及位移响应,并进行了对比。得出在三向地震作用组合下,采用铅芯橡胶支座后,上部结构的某些重要构件地震响应有了大幅度的下降；铅芯橡胶支座在此类结构中能较好的发挥隔震防震作用。在竖向地震单独作用下,隔震效果不是很明显；4.当合理的选择铅芯橡胶支座的设计参数,其某些结构构件的位移非但没有增大,反而有一定的减小。这说明对铅芯橡胶支座设计参数进行合理优化不仅可以改善拱脚受力,同时又不至于使变形过大而影响结构的正常运营。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 钢管混凝土拱桥的发展概况
• 1.3 桥梁抗震设计基本理论及研究现状
• 1.3.1 桥梁抗震设计基本理论及方法
• 1.3.2 桥梁结构地震反应分析方法概述
• 1.3.3 动态时程分析方法
• 1.3.4 随机振动法
• 1.4 大跨度钢混凝土拱桥地震反应研究现状
• 1.5 本文主要研究工作
• 第二章 复合拱式渡槽支撑结构隔震控制技术原理及应用
• 2.1 引言
• 2.2 隔震支座的研究
• 2.2.1 隔震技术的工作机理
• 2.2.2 隔震技术与延性抗震设计的比较
• 2.3 隔震系统的组成
• 2.4 隔震支座
• 2.4.1 常用隔震装置简介
• 2.5 铅芯橡胶支座的力学性能
• 2.5.1 铅芯橡胶支座的静力性能
• 2.5.2 铅芯橡胶支座的动力特性
• 第三章 复合拱式渡槽支撑结构的设计指标及自振特性分析
• 3.1 工程实例概况
• 3.1.1 材料及构件截面尺寸
• 3.1.2 铅芯橡胶支座设计
• 3.1.3 铅芯橡胶支座的力学性能
• 3.2 结构有限元计算模型
• 3.2.1 计算程序简介
• 3.2.2 结构模型及边界条件
• 3.3 动力特性分析方法
• 3.3.1 模态分析理论
• 3.3.2 特征值的解法
• 3.4 非隔震与隔震模型动力特性分析
• 3.4.1 非隔震模型Ⅰ的动力特性分析
• 3.4.2 隔震模型Ⅱ的动力特性分析
• 3.5 非隔震与隔震模型动力特性分析结果比较
• 第四章 复合拱式渡槽支撑结构地震反应谱分析
• 4.1 概述
• 4.2 地震反应谱分析理论
• 4.3 基于反应谱理论的地震力计算
• 4.4 结构的振动阻尼
• 4.5 反应谱分析参数
• 4.5.1 反应谱曲线的选取
• 4.5.2 荷载工况
• 4.6 非隔震模型Ⅰ与隔震模型Ⅱ的反应谱分析
• 4.6.1 非隔震模型Ⅰ的反应谱分析
• 4.6.2 隔震模型Ⅱ的反应谱分析
• 4.7 非隔震模型Ⅰ与隔震模型Ⅱ的反应谱分析结果比较
• 第五章 复合拱式渡槽支撑结构非线性时程分析
• 5.1 概述
• 5.2 地震非线性时程分析理论
• 5.3 输入地震波的选择
• 5.4 非隔震模型Ⅰ和隔震模型Ⅱ的非线性时程分析
• 5.4.1 非隔震模型Ⅰ的非线性时程分析
• 5.4.2 隔震模型Ⅱ的非线性时程分析
• 5.5 两种模型非线性时程分析结果比较
• 第六章 结论与建议
• 6.1 本文的主要结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 附件
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文