大跨度钢管混凝土拱桥行波效应及减震分析

论文摘要

地震严重威胁着人类的生存与发展,自从人类诞生以来,人们就为抗拒地震灾害而奋斗,随着科学技术和人们生活水平的提高,预防与抵御地震灾害的能力也在不断地提高,结构减震(振)技术作为抵御地震(强风)的一种有效方法,也得到了发展和应用,并成为成熟的技术。随着国民经济的发展,大跨度桥梁在我国得到了很快发展。大跨度桥梁通常是交通运输的枢纽工程,投资大,对国民经济有着重大影响,在地震中一旦遭到破坏,将会造成巨大的经济损失,并严重影响到灾区的抗震救灾和恢复重建。因此,对大跨度钢管混凝土拱桥采取合理有效的抗震措施以确保其在地震中的安全性,具有十分重要的社会和经济意义。在大跨度桥梁中设置粘滞阻尼器,不会增加结构的刚度,且主梁在温度作用下可自由变位,同时由于粘滞阻尼器可消耗地震或风荷载输入结构的振动能量,从而有效地控制大跨度桥梁结构的振动反应,是一种较为理想的大跨度桥梁减震(振)技术。福建莆田阔口大桥是下承式钢管混凝土系杆拱桥,主跨99m,桥位处于地震烈度7度区。本文对该桥进行了反应谱分析、不同相位差行波效应分析和减震技术研究。本文以研究钢管混凝土拱桥减震性能为主要目的,围绕其基本动力性能和三维空间非线性地震时程反应展开了如下工作:(1)以福建莆田阔口大桥为例,运用有限元程序ansys建立该桥动力分析模型,对其进行动力特性分析及不同相位差行波效用地震反应分析。(2)根据福建莆田阔口大桥的特点,确定粘滞阻尼器减震装置的布置方案,通过比较设置减震装置前后该桥的地震反应,分析粘滞阻尼器对大跨度钢管混凝土拱桥的减震效果。(3)分析粘滞阻尼器的参数和设置位置对减震效果的影响,为大跨度钢管混凝土拱桥的减震设计提供参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 结构减震控制研究状况
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 被动控制
• 1.1.3 主动控制、半主动控制及混合控制
• 1.2 桥梁结构抗震研究的现状与展望
• 1.2.1 桥梁震害特点
• 1.2.2 桥梁结构抗震设计的历史回顾
• 1.2.3 桥梁结构抗震设计的发展趋势
• 1.3 桥梁结构抗震控制
• 1.3.1 桥梁结构抗震控制的特点
• 1.3.2 桥梁隔震技术
• 1.3.3 桥梁消能减震技术
• 1.3.4 桥梁被动调谐减振控制技术
• 1.3.5 桥梁主动控制、混合控制及半主动控制技术
• 1.4 本文研究问题的提出及主要研究内容
• 1.4.1 本文研究问题的提出
• 1.4.2 主要研究内容
• 第2章 钢管混凝土拱桥地震反应分析
• 2.1 概述
• 2.2 大桥概况
• 2.3 全桥有限单元模型
• 2.3.1 基本假定
• 2.3.2 单元类型
• 2.3.3 各构件对应的有限单元
• 2.4 基本动力性能分析
• 2.5 钢管混凝土拱桥的反应谱分析
• 2.5.1 钢管混凝土拱桥的反应谱分析
• 2.5.2 横桥向地震输入+竖向地震输入
• 2.5.3 地震反应谱分析述评
• 2.6 钢管混凝土拱桥的时程反应分析
• 2.6.1 不同地震波作用下钢管混凝土拱桥的地震反应
• 2.6.2 对钢管混凝土拱桥抗震设计的若干建议
• 第3章 钢管混凝土拱桥行波效应地震反应分析
• 3.1 概述
• 3.2 地震动输入特点
• 3.3 地震反应分析
• 3.3.1 大质量法与拟静力位移相结合
• 3.3.2 运动方程的建立
• 3.3.3 采用大质量法考虑行波效应影响下钢管混凝土拱桥的地震反应
• 3.3.4 动力响应时程分析法
• 3.4 地震荷载
• 3.5 行波效应分析
• 3.6 结论
• 第4章 基于粘滞阻尼器的钢管混凝土拱桥减震控制
• 4.1 概述
• 4.2 耗能减震的工作原理
• 4.3 地震反应控制方程
• 4.3.1 耗能减震结构地震反应分析的振型分解法
• 4.3.2 耗能减震结构地震反应分析的时程分析法
• 4.3 粘滞阻尼器的力学模型
• 4.3.1 线性模型
• 4.3.2 Kelvin模型
• 4.3.3 Maxwell模型
• 4.3.4 Wiechert模型
• 4.4 粘滞阻尼器的等效线形化
• 4.5 粘滞阻尼器的基本性能及阻尼力计算
• 4.5.1 粘滞阻尼器的类型
• 4.5.2 粘滞阻尼器的性能
• 4.6 大跨度系杆拱桥的粘滞阻尼器纵向设置
• 4.6.1 减震效果比较
• 4.6.1.1 El-ceniro波减震效果分析
• 4.6.1.2 天津波减震效果分析
• 4.6.2 粘滞阻尼系数敏感性分析
• 4.6.3 粘滞阻尼器设置位置分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 需要进一步研究的问题
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文目录