潜浮式倒悬索跨海大桥地震反应研究

论文摘要

地震是一种破坏力巨大又难以预料的自然灾害,特别是对桥梁的震害往往会带来巨大的生命财产损失。因此,对桥梁抗震进行全面、系统的研究将是十分有必要的。大跨度桥梁的抗震设计目前还没有一个统一的标准,而对于潜浮式倒悬索跨海大桥的地震响应分析就更具有意义。下部结构及基础的严重破坏是引起桥梁倒塌,并在震后难以修复使用的主要原因。桥梁墩台和基础的震害是由于受到较大的水平力,瞬时反复振动在相对薄弱的截面产生破坏而引起。所以本文主要对桥梁的下部结构作为研究的主要对象。本文针对国内外关于桥梁地震反应分析在地震动输入、有限元建模及反应谱分析、线性时程分析、研究现状及基本原理进行论述的基础上,以潜浮式倒悬索跨海大桥为工程背景,对大桥的下部结构地震响应展开研究,主要包括如下几个方面的内容。本文建立桥梁下部结构的有限元模型,主要包括桥墩,承台,和桩基。对结构进行静力分析,对结构的合理性进行验证。在谱分析之前,首先进行结构的模态分析,主要考虑了前十阶模态的频率、周期和振型。基于结构的模态分析,在二维地震动输入下,采用反应谱分析方法,研究结构的地震响应特性,分析竖向地震力对桥梁结构反应的影响,主要考虑桥墩和桩基的位移和内力情况。在动态时程分析方面,对输入地震波进行了比选分析,采用调整后地震动输入进行线性时程分析,分析了下部结构关键部位的受力情况,主要有墩顶和墩底的内力和位移,承台的内力和位移,桩顶的内力和位移,桩底的内力。并将其与反应谱法计算结果进行比较,发现均比反应谱分析的结果小,这说明用反应谱方法分析所得结果是偏安全的。按照我国的《铁道工程抗震设计规范》对桥墩所受到的地震力进行了计算,并考虑有水情况下的动水压力,同无水情况进行比较。由于有水的存在,桥墩在顺桥向的周期明显增大;相对无水情况,动水压力在数值上是比较大的,不可忽略其影响;有水情况下,基础顶面的弯矩值比无水情况下要明显减小。以上结果的产生,是由于地震下动水压力的作用,从而改变了桥墩的地震响应。在本文结尾对研究工作进行了总结,给出了研究中的一些结论,并指出了在进一步研究中有待解决的问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本文研究的目的和意义
• 1.2 地震对桥梁的危害
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 桥梁地震反应分析方法
• 2.1 静力法
• 2.2 反应谱法
• 2.3 时程分析法
• 第3章 地震反应谱分析
• 3.1 我国抗震设防要求
• 3.2 有限元模型
• 3.2.1 桥梁下部结构概述
• 3.2.2 结构参数
• 3.3 下部结构静力分析
• 3.4 自振特性计算
• 3.5 设计反应谱
• 3.6 地震动输入模式
• 3.7 反应谱分析
• 3.7.1 ANSYS谱分析方法
• 3.7.2 基本假定
• 3.7.3 计算结果
• 3.7.4 计算结果分析
• 第4章 地震动态时程分析
• 4.1 瞬态动力学分析方法
• 4.2 阻尼矩阵的形成
• 4.3 输入地震波的选择
• 4.3.1 地震波的特性以及地震动加速度时程的选择
• 4.3.2 人工合成地震波
• 4.3.3 输入地震波选择
• 4.4 计算结果
• 4.5 计算结果分析
• 4.5.1 内力分析
• 4.5.2 位移分析
• 4.5.3 时程响应曲线分析
• 第5章 《铁路工程抗震设计规范》方法计算
• 5.1 设计规范计算理论
• 5.2 设计规范计算方法
• 5.2.1 无水情况
• 5.2.2 有水情况
• 5.2.3 计算结果比较
• 第6章 结论与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文
• 攻读硕士学位期间参加的项目