基于反应谱的斜拉桥动力特性及地震响应的有限元分析

论文摘要

随着我国经济的飞速发展,交通建设量也得到了前所未有的加大,为了满足较大的跨度,预应力混凝土斜拉桥成为桥梁领域的主角之一,得到了广泛的运用;它出色的跨越能力和明显的结构特点使得该桥型跨度不断增大,成为中大跨度桥梁比选的佼佼者。我国是一个地震多发的国家,每当地震发生,公路线就成了生命线,而桥梁就成了构成生命线的关键点。桥梁的破坏与否将直接成为救灾与灾后重建工作能否顺利开展、经济能否快速恢复的决定因素,故而与生命息息相关。因此,作为有效实行抗震措施、建立合理抗震结构体系的科学根据,研究掌握桥梁的抗震能力、地震反应就显得至关重要。本文在结合国内外相关成果的基础上,以苏通大桥为实际工程背景,对斜拉桥的动力特性及地震响应进行了如下研究:(1)首先分析了目前大跨度斜拉桥的结构特点,设计参数以及它的发展状况,并对其抗震设计的现状,指出抗震反应分析的必要性;再对大跨斜拉桥地震响应分析中存在的问题进行探讨与分析,得出了本文所要分析的重点问题;(2)其次系统地阐述、归纳总结了桥梁地震响应分析方法——反应谱法,并对其基本假定,适应范围,分析过程与步骤以及该方法中存在的问题等进行了详尽的推演与修正;(3)利用大型有限元分析计算软件MIDAS CIVIL,通过对斜拉桥结构进行适当简化,建立其空间计算模型作为进行动力特性与地震响应分析的基础,在不考虑桩基与地基土对桥梁作用的情况下,计算斜拉桥的自振特性;(4)以上述结构的空间模型计算结果为依据,对设置了减震耗能装置与不设该装置斜拉桥的自振特性与振动特点进行对比分析,并得出分析结论;同时分析了大跨度斜拉桥在一致激励下的地震响应的反应谱分析,分别探讨在单向地震输入与组合输入下,对桥梁结构响应的影响,总结地震输入方向对大跨度斜拉桥计算结果的影响;最后通过对有阻尼与无阻尼模型关于地震响应结果进行对比,得出减震耗能装置对斜拉桥的抗震性能影响的结论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1. 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 斜拉桥简介
• 1.2.1 基本概念
• 1.2.2 设计参数
• 1.2.3 斜拉桥的发展概况
• 1.3 斜拉桥地震反应分析的历史与存在问题
• 1.3.1 地震反应分析的历史
• 1.3.2 地震反应分析存在的问题
• 1.4 本文研究的目的、内容及主要方案
• 1.4.1 研究的目的
• 1.4.2 本文的内容及主要方案
• 2. 反应谱分析方法
• 2.1 概述
• 2.2 反应谱理论的分析方法
• 2.2.1 基本概念及其假定
• 2.2.2 反应谱理论
• 2.2.3 反应谱的标准化与平均化
• 2.2.4 反应谱理论的地震力计算
• 2.2.5 反应谱的组合
• 2.3 大跨度桥梁的地震反应谱
• 2.3.1 桥梁规范反应谱
• 2.3.2 长周期段的修正
• 2.3.3 阻尼影响修正
• 3. 斜拉桥结构体系及其模型建立
• 3.1 斜拉桥的结构体系
• 3.1.1 跨径的布置
• 3.1.2 拉索的布置
• 3.1.3 结构体系的分类
• 3.2 斜拉桥模型的建立
• 3.2.1 工程概述
• 3.2.3 MIDAS CIVIL 简介
• 3.2.4 建模基本原则
• 3.2.5 有限元模型的建立
• 4. 斜拉桥动力特性及其地震响应分析
• 4.1 斜拉桥的动力特性
• 4.1.1 标准特征值方程的建立
• 4.1.2 方程的求解
• 4.1.3 振型的正交性
• 4.1.4 实例分析——苏通大桥的自振特性分析
• 4.2 反应谱分析
• 4.2.1 计算参数的选择及计算假定
• 4.2.2 斜拉桥的地震响应分析
• 4.2.3 斜拉桥的最不利地震方向分析
• 4.2.4 减震耗能装置对斜拉桥地震响应的影响
• 5. 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 硕士研究生阶段发表论文