大跨CFST拱桥考虑材料非线性的地震响应分析

论文摘要

近几十年来,随着科学技术的进步,国民经济的蓬勃发展,国家基础设施建设规模的不断扩大,我国桥梁建设取得了举世瞩目的成就,桥梁建筑技术也有了很大的进展。钢管混凝土拱桥由于承载力高、跨越能力强、抗震性能好、施工方便而得到迅速发展。同时也是我国自1990年以来应用发展最快的一种桥型。随着钢管混凝土结构理论的不断发展和完善,钢管混凝土拱桥也向更大跨径、更大规模方向发展,同时应用区域和范围也不断扩大,目前已建成的钢管混凝土拱桥的最大跨度已超到450m。与钢管混凝土拱桥的迅速发展相适应,近年来,对钢管混凝土拱桥的理论研究开展了很多有益的工作,但远远跟不上它的发展。我国作为一个多地震国家,在钢管混凝土拱桥广泛应用这一客观现状之下,研究钢管混凝土拱桥抗震性能是十分必要而迫切的。目前钢管混凝土拱桥的抗震理论研究尚属起步阶段,在工程实践中并无系统的设计体系,没有专门的设计规范;同时鉴于钢管混凝土拱桥属于新桥型,迄今尚无经历过强震考验的实例,对其经历地震作用的认识还十分有限。因此,很有必要进行钢管混凝土拱桥抗震性能的研究。本文以研究钢管混凝土拱桥考虑材料非线性的地震响应为主要目的,围绕其动力基本性能和三维空间非线性地震时程反应展开了如下工作:1.在计入了结构的材料非线性的基础上,采用统一理论,建立全桥的实体有限元模型,并对该实体模型进行了基本动力特性分析。为进一步深入研究钢管混凝土拱桥的动力特性打下基础。2.对该钢管混凝土拱桥模型进行地震反应谱分析。结合实桥地形条件和桥梁抗震规范拟合了目标桥址所用地震反应谱,运用该反应谱曲线计算了桥梁在地震作用的位移和内力反应,为进一步的抗震设计提供理论依据。3.对位于高烈度区的某座大跨度钢管混凝土实体拱桥进行了地震时程分析,对拱桥的模型进行不同地震波输入下的一致激励下的动力计算,进行考虑行波作用下的动力计算分析,并进行了相应的行波效应对拱桥地震反应的影响。为抗震体系的进一步建立和完善提供基础性资料。4.根据抗震分析结果提出一些有价值的工程建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 钢管混凝土拱桥发展及分类
• 1.2 钢管混凝土拱桥的研究现状
• 1.3 课题背景
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 钢管混凝土材料非线性分析理论
• 2.1 概述
• 2.2 钢管混凝土的工作性能
• 2.3 钢管混凝土的本构关系
• 2.3.1 双材料模型
• 2.3.2 单材料模型
• 2.3.3 统一理论模型
• 2.3.4 钢材的本构关系
• 2.3.5 核心混凝土材料的本构关系
• 2.3.6 梁单元的材料非线性分析模型
• 第三章 钢管混凝土拱桥基本动力特性分析
• 3.1 概述
• 3.2 大桥概况
• 3.3 全桥有限单元模型
• 3.3.1 基本假定
• 3.3.2 单元类型
• 3.3.3 各构件对应的有限单元
• 3.4 基本动力性能分析
• 3.4.1 实体模型
• 3.4.2 计算结果分析
• 第四章 钢管混凝土拱桥的反应谱分析
• 4.1 概述
• 4.2 地震动反应谱
• 4.2.1 反应谱的定义
• 4.2.2 震型组合方法
• 4.2.3 多维地震动输入下的震型组合方法
• 4.3 钢管混凝土拱桥的反应谱分析
• 4.3.1 反应谱曲线
• 4.3.2 钢管混凝土拱桥反应谱分析
• 4.3.3 地震反应谱结果的论述
• 第五章 钢管混凝土拱桥的时程反应分析
• 5.1 概述
• 5.2 运动方程的建立
• 5.3 地震加速度的选取
• 5.4 钢管混凝土拱桥动态时程分析
• 5.4.1 不同地震波作用下钢管混凝土拱桥的地震反应
• 5.4.2 考虑行波效应影响下钢管混凝土拱桥的地震反应
• 5.4.3 对钢管混凝土拱桥抗震设计的若干建议
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 进一步工作的设想和建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录