大跨度钢管混凝土拱桥动力特性分析

论文摘要

近年来,钢管混凝土拱桥作为一种新兴的应用新材料的桥型,由于自身的结构特点在我国得到了极大的发展。目前钢管混凝土拱桥正不断地向大跨度、轻型化方向发展,对其在动荷载(如车辆、风和地震等)作用下的动力响应研究也日益引起重视。本文首先回顾了钢管混凝土拱桥的发展历程,在收集有关拱桥及动力学资料的基础上,简要阐述了拱桥自振特性的求解方法,分为理论解析法和有限元数值分析法。同时以某钢管混凝土拱桥为工程背景实例,建立了空间有限元模型,实施了桥跨结构的自振特性分析；考虑拱桥的主要设计参数(宽跨比和内倾角)对桥跨结构自振特性的影响,对横撑样式和布置等结构形式的影响也进行了分析。最近几十年来,随着桥梁结构逐渐轻柔化、车辆速度和载重量不断增大,车桥耦合振动问题愈加突出。由于公路桥梁结构型式的多样化和汽车荷载的复杂性及不确定性,使得公路桥梁因车辆过桥而引起的耦合振动分析更加复杂。本文在工程实例的瞬态动力分析中,模拟分析了当移动荷载以不同速度通过桥面时的动力响应时间历程以及在冲击荷载作用下桥跨结构的动力响应时间历程,并从振动舒适性的角度对该桥的行车舒适性进行评价。最后还简要分析了在地震荷载作用下结构的受力状况。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 钢管混凝土拱桥的发展状况
• 1.1.1.拱桥的发展历史及研究现状
• 1.1.2 钢管混凝土拱桥的发展应用
• 1.1.3 钢管混凝土结构的特点
• 1.2 钢管混凝土拱桥动力特性研究现状及研究意义
• 1.2.1 钢管混凝土拱桥动力特性研究的意义
• 1.2.2 钢管混凝土拱桥动力特性的研究现状
• 1.3 车桥藕合振动的研究
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 拱桥动力学分析原理及计算方法
• 2.1 拱桥动力学解析分析法
• 2.1.1.圆弧拱平面挠曲的固有振动
• 2.1.2.抛物线拱平面挠曲的固有振动
• 2.2 拱桥动力学有限元数值分析法
• 2.2.1 有限元分析方法的基本过程
• 2.2.2 建立运动方程
• 2.2.3 结构自振特性分析的有限元方法
• 2.3 本章小结
• 第三章 钢管混凝土提篮拱桥自振特性分析
• 3.1 工程背景概况
• 3.2 工程实桥自振特性分析
• 3.3 工程实桥局部结构参数的变化对自振特性的影响
• 3.3.1 主拱肋截面参数的变化对自振特性的影响
• 3.3.2 横撑布置对自振特性的影响
• 3.3.3 拱肋内倾角对自振特性的影响
• 3.3.4 宽跨比对自振特性的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 钢管混凝土拱桥车辆荷载的动力响应分析
• 4.1 匀速移动荷载过桥的瞬态动力响应分析
• 4.1.1 车速变化对结构动力响应的影响
• 4.1.2 车辆间距变化对结构动力响应的影响
• 4.2 冲击荷载作用下的瞬态动力响应分析
• 4.3 行车舒适度的评价
• 4.4 本章小结
• 第五章 钢管混凝土拱桥地震动时程响应分析
• 5.1 地震波的选取与输入
• 5.2 一致激励下滹沱河大桥的地震时程分析
• 5.2.1 位移时程响应结果及分析
• 5.2.2 内力时程响应结果及分析
• 5.3 本章小结
• 结论和建议
• 参考文献
• 致谢