东平大桥动力模型修正及地震响应分析

论文摘要

佛山东平大桥是一座带副拱的连续梁-钢箱拱组合体系系杆拱桥,主跨径为300m。大桥采用竖转加平转的施工方法,其钢箱拱肋竖转施工所采用无扣索竖直提升转体技术为国内首创,14800t的平转重量亦为世界钢拱桥之最。本文以东平大桥为工程背景,对其施工过程和成桥状态进行了基于模态测试的动力模型修正,并将修正后的模型作为基准模型,对其进行了地震响应进行分析。主要研究内容和结论有:1、针对东平大桥转体法施工中体系转换次数多,无法建立完整的分析、测量、辨识、预测、调整循环的施工控制系统,难以对控制参数进行识别和修正的问题,本文引入动力模型修正理论,通过对东平大桥关键施工工况结构动力特性的测试,从动力角度来对东平大桥初始有限元模型的设计参数进行识别和修正,进而指导施工,取得良好效果。2、对建成后的东平大桥进行了基于环境激励的模态测试,运用动力模型修正理论对其进行了模型修正获得了大桥动力基准有限元模型。为后面对大桥的动力分析打下基础。3、根据刚拱桥阻尼比较小的特点,对标准谱曲线进行了修正,进而对东平大桥进行了全桥地震反应谱分析,得到在最不利组合地震动输入作用下结构的工作状态。结果表明由于中拱肋在恒载下承受荷载较大,其地震响应要大于边拱肋对应位置处。拱结构的连接节点处存在刚度突变段,此处在地震输入下的响应较大,所以在设计时应该进行构造设计,减小此处的应力集中。4、采用大质量法考虑行波效应,进行东平大桥地震动态时程反应分析。结果表明,东平大桥在行波效应作用下的响应明显增强。行波效应对主拱的影响比边拱和连续梁协作体系要大。大跨度拱桥的地震响应分析中考虑行波效应是必要的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 梁拱组合体系桥梁概述
• 1.2 工程背景
• 1.2.1 东平大桥简介
• 1.2.2 问题的提出
• 1.3 动力模型修正发展概述
• 1.4 桥梁地震分析与设计理论发展概况
• 1.5 本文主要研究内容
• 第二章 有限元动力模型修正技术
• 2.1 动力模型修正概念
• 2.2 动力模型修正方法简介
• 2.3 模型修正主要技术
• 2.3.1 有限元模型的建立
• 2.3.2 模态参数识别
• 2.3.3 参数的选取与灵敏度分析
• 2.3.4 相关性分析
• 2.3.5 动力模型缩聚与模态扩展
• 2.4 本章小结
• 第三章 东平大桥动力模型修正
• 3.1 问题的提出
• 3.2 东平大桥施工过程动力模型修正
• 3.2.1 东平大桥转体施工简介
• 3.2.2 东平大桥施工过程模态试验
• 3.2.3 东平大桥施工过程模型修正过程
• 3.2.4 模型修正结果验证
• 3.3 东平大桥成桥状态动力模型修正
• 3.4 本章小节
• 第四章 大跨度桥梁地震反应分析理论
• 4.1 反应谱理论
• 4.1.1 反应谱基本原理
• 4.1.2 反应谱组合
• 4.2 时程分析理论
• 4.2.1 地震振动方程
• 4.2.2 地面强迫振动的模拟
• 4.2.3 结构阻尼
• 4.2.4 地震振动方程的求解方法
• 4.2.5 积分时间步长选取准则
• 4.3 本章小结
• 第五章 佛山东平大桥地震反应分析
• 5.1 佛山东平大桥的动力特性分析
• 5.1.1 东平大桥的空间计算模型
• 5.1.2 东平大桥的动力特性
• 5.2 佛山东平大桥地震反应谱分析
• 5.2.1 参数的选取
• 5.2.2 振型阶数的确定
• 5.2.3 分析结果
• 5.3 佛山东平大桥的地震动态时程分析
• 5.3.1 参数的选取
• 5.3.2 结构阻尼的选取
• 5.3.3 分析结果
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 1 主要结论
• 2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录