大跨度矮塔斜拉桥地震响应分析

论文摘要

随着交通发展的不断需要,桥梁的应用发展越来越趋向于轻型化和组合化,其中组合化的发展大大丰富了桥梁造型。而不同的跨度有不同的桥型选择,尤其是在200m～260m跨度之间的桥型可供选择的较少,斜拉桥成本较高,连续梁桥则安全可靠度较低,矮塔斜拉桥的出现则弥补了这样的不足。近些年国内外地震不断发生,特别是我国震级较大的地震也多次发生,这对人民的生命财产安全造成极大威胁。尤其是当作为交通生命线的桥梁在地震中破坏后,对抗震救灾运动产生滞后影响,进而造成更大的损失。所以,对这种新型桥型进行地震反应分析研究,对抗震设计非常有意义。本文运用有限元分析软件MIDAS,结合国内外抗震设计理论成果,从以下几个方面对西江矮塔斜拉桥进行地震反应分析:(1)分析了矮塔斜拉桥的发展状况、结构特点,桥梁抗震设计的意义以及简述抗震设计的一些常用方法。(2)简介西江特大桥的结构构造特点和一些基本设计参数。运用有限元软件并在考虑桩土作用下对西江特大桥进行动力特性研究,对其前十二阶振型进行分析。(3)介绍了反应谱分析方法的理论并根据西江特大桥所处桥址的场地类型和抗震烈度设计,对所建模型进行地震反应谱分析,并得出有益结论。(4)分别在一维和二维地震波输入情况下,进行矮塔斜拉桥的弹性动力时程分析。探讨不同地震波输入下桥梁的地震响应,并将时程分析结果与反应谱分析结果做比较。(5)在9度罕遇地震作用下,分别应用两种工况对矮塔斜拉桥进行弹塑性动力时程分析。(6)介绍了静力塑性分析—pushover分析的基本原理,对西江特大桥的双肢边墩运用三种荷载方式分别在纵向和横向输入下进行分析。并对其进行抗震性能评估,通过弹塑性动力时程分析结果与pushover分析结果进行对比,说明Pushover分析方法应用于这种矮塔斜拉桥的可能性,为工程抗震设计提供有益结论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 矮塔斜拉桥的发展
• 1.2 矮塔斜拉桥的特点
• 1.3 桥梁抗震研究的背景和意义
• 1.4 桥梁抗震分析研究的现状和方法
• 1.5 静力弹塑性分析方法研究现状
• 1.6 论文的主要内容
• 第二章 矮塔斜拉桥动力特性分析
• 2.1 概述
• 2.1.1 研究对象和工程简介
• 2.1.2 桥梁结构构造
• 2.1.3 主要技术标准
• 2.2 矮塔斜拉桥动力特性计算模型
• 2.2.2 建模基本原则
• 2.2.3 有限元模型的建立
• 2.3 桥梁自振特性的有限元法
• 2.4 西江特大桥的自振特性结果
• 2.5 小结
• 第三章 矮塔斜拉桥地震反应谱分析
• 3.1 反应谱法
• 3.1.1 反应谱法的基本原理
• 3.1.2 单质点弹性体系的反应谱法
• 3.1.2 多质点体系的反应谱分析
• 3.2 西江特大桥反应谱分析
• 3.2.1 数据输入和工况分析
• 3.2.2 顺桥向振动分量作用
• 3.2.3 横桥向振动分量作用
• 3.2.4 竖桥向振动分量作用
• 3.3 小结
• 第四章 矮塔斜拉桥的弹性动力时程分析
• 4.1 概述
• 4.2 时程反应分析的基本理论
• 4.3 时程反应分析的计算原理
• 4.4 时程分析阻尼矩阵
• 4.5 地震波的选择与输入
• 4.6 计算结果的处理方法
• 4.7 西江矮塔斜拉桥桥址输入地震波的选择
• 4.8 一致激励地震反应时程分析
• 4.8.1 顺桥向输入
• 4.8.2 横桥向输入
• 4.8.3 竖桥向输入
• 4.8.4 顺桥向+1/2 竖桥向输入
• 4.8.5 横桥向+1/2 竖桥向输入
• 4.9 小结
• 第五章 矮塔斜拉桥弹塑性动力时程分析
• 5.1 概述
• 5.2 非线性理论
• 5.2.1 非线性的因素
• 5.2.2 桥墩弹塑性模拟方法
• 5.3 特征值参数的确定
• 5.4 矮塔斜拉桥弹塑性动力时程分析
• 5.4.1 地震波与工况选择
• 5.4.2 内力计算结果
• 5.4.3 位移计算结果
• 5.5 小结
• 第六章 矮塔斜拉桥双肢边墩 Push-over 分析
• 6.1 概述
• 6.2 Push-over 分析方法原理和加载模式
• 6.2.1 Push-over 分析方法基本原理
• 6.2.2 Push-over 分析方法的加载模式
• 6.3 能力谱方法与需求谱曲线
• 6.3.1 能力谱基本原理
• 6.3.2 能力谱曲线
• 6.3.3 需求谱曲线
• 6.4 矮塔斜拉桥双肢边墩Pushover 分析
• 6.4.1 双肢边墩纵向Pushover 分析
• 6.4.2 双肢边墩横向Pushover 分析
• 6.5 抗震性能评估
• 6.6 pushover 结果与非线性对比
• 6.7 小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录