横撑对钢管混凝土拱桥地震响应的影响分析

论文摘要

近些年,钢管混凝土拱桥在我国得到了广泛的应用。我国很多专家学者正如火如荼的对钢管混凝土拱桥的静力特性和动力特性进行研究分析。其地震响应分析更是备受关注,横撑作为结构的一部分,其对结构的地震响应影响值得研究分析。本文分析了钢管混凝土拱桥的发展历程、其地震响应以及横撑对结构的影响等研究现状。推导了解析法求解拱桥振动理论的基本方程。介绍了有限单元方法求解拱桥动力响应的基本原理及基本步骤及求解结构动力响应微分方程的直接积分法和模态叠加法。以简化的平行钢管混凝土拱肋作为研究分析对象,建立有限元模型,分别研究分析了径向横撑与切向横撑布撑位置、布撑数目以及布撑形式对结构自振特性的影响和对结构地震响应的影响。通过计算分析表明,横撑的布置位置、布撑数目对结构的一阶面外横向基频影响较大,对结构的一阶面内竖向基频影响较小。布撑数目小时,其数目增多,可明显提高结构一阶面外基频,但数目不宜过大。切向横撑与径向横撑相比,切向横撑对结构的一阶面外横向基频提高较大,对结构的一阶面内竖向基频影响相差不大。横撑的布置位置对结构的横向位移地震响应影响较大,对结构的竖向位移地震响应影响较复杂,布置位置较高时,对结构的纵向位移地震响应影响较大,对结构的截面正应力地震响应有一定影响。布撑数目增加可大幅度减弱结构的横向位移地震响应。切向横撑与径向横撑相比,切向横撑对结构的横向位移地震响应减弱较多,对结构的竖向位移、纵向位移及截面正应力的地震响应影响相差不大。建议应根据实际情况,即结构各参数的要求设计目标,选择合理的横撑布置形式。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 地震危害及桥梁抗震理论
• 1.1.1 地震的危害
• 1.1.2 桥梁抗震理论研究现状
• 1.2 钢管混凝土拱桥的研究现状
• 1.2.1 国内外钢管混凝土拱桥的发展
• 1.2.2 钢管混凝土拱桥地震响应分析研究现状
• 1.3 拱桥横撑的研究现状
• 1.4 本文主要工作内容
• 第二章 拱桥振动理论解析法及有限单元法
• 2.1 拱桥振动理论的解析法求解
• 2.1.1 拱桥平面挠曲的固有振动
• 2.1.2 拱桥横向弯扭的固有振动
• 2.1.3 拱桥地震响应分析方程
• 2.2 拱桥振动的有限元数值法求解
• 2.3 结构动力特性分析方法选取
• 2.4 结构动力响应的微分方程解法
• 2.4.1 直接积分法
• 2.4.2 模态叠加法
• 2.5 本章小结
• 第三章 横撑对结构自振特性的影响
• 3.1 选取结构模型
• 3.2 有限元模型建立
• 3.3 横撑布置位置对结构自振特性的影响
• 3.3.1 径向横撑"一"字撑的影响
• 3.3.2 切向横撑"X"字撑的影响
• 3.4 横撑布置数目对结构自振特性的影响
• 3.4.1 径向横撑"一"字撑的影响
• 3.4.2 切向横撑"X"字撑的影响
• 3.5 横撑布置形式对结构自振特性的影响
• 3.5.1 "H"字撑的影响
• 3.5.2 "K"字撑的影响
• 3.5.3 "米"字撑的影响
• 3.5.4 布撑形式的对比
• 3.6 本章小结
• 第四章 横撑对结构地震响应的影响
• 4.1 选取加速度地震波
• 4.2 选取加速度地震波输入方式
• 4.3 横撑布置位置对结构地震响应的影响
• 4.3.1 径向横撑"一"字撑的影响
• 4.3.2 切向横撑"X"字撑的影响
• 4.4 横撑布置数目对结构地震响应的影响
• 4.4.1 径向横撑"一"字撑的影响
• 4.4.2 切向横撑"X"字撑的影响
• 4.5 横撑布置形式对结构地震响应的影响
• 4.5.1 "H"字撑的影响
• 4.5.2 "K"字撑的影响
• 4.5.3 "米"字撑的影响
• 4.5.4 布撑形式的对比
• 4.6 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢