波纹钢腹板变截面组合连续箱梁桥动力性能研究

论文摘要

自1987年,法国建成第一座波纹钢腹板组合箱梁桥—Cognac桥之后,这新型组合结构便引起了众多学者的研究,从而促进其迅速地发展。目前,国内外学者主要研究波纹钢腹板的静力性能,如波纹钢腹板结构的抗弯、抗扭、抗剪和稳定等方面,关于该结构的动力性能则研究较少。随着波纹钢腹板组合箱梁桥在国内的广泛应用,设计跨径越来越长,以及近年来地震的频繁发生,给不少桥梁及其他结构工程造成了破坏,工程师迫切需要了解这种新型结构的动力性能,以完善结构的力学研究。本文受山东省交通科技项目(2005Y017)和湖南交通科技项目(200706)的资助,对波纹钢腹板变截面组合连续箱梁桥的动力性能展开研究。回顾了波纹钢腹板变截面组合箱梁桥的结构及受力特点,阐述了一般梁桥结构的弯曲振动方程的推导过程,并介绍了桥梁结构动力特性的分析理论和常用的分析方法。以国内两座波纹钢腹板组合连续箱梁桥为原型,利用有限元程序ANSYS和MIDAS分别建立空间实体与板壳、空间梁有限元模型,对该桥梁结构进行有限元动力特性研究,包括结构自振频率和振型特征；并以其中一座跨径较小的波纹钢腹板变截面组合连续箱梁桥为基础,通过改变跨径的大小及横隔板的数量、厚度和位置,建立一系列有限元模型,分析了跨径及横隔板变化对波纹钢腹板变截面组合连续箱梁桥的动力特性的影响,最后得到了波纹钢腹板变截面组合箱梁桥的动力特性随跨径及横隔板的变化规律。参考相关规范要求,运用MIDAS软件,分别对波纹钢腹板变截面组合连续箱梁桥进行有限元地震反应谱和动态时程分析,研究该新型结构在各向地震作用下的各种受力性能,研究发现,该类桥型在地震作用下,主梁主要发生竖向弯曲和横向弯曲变形,且横向变形及跨中竖桥向弯矩明显,跨中墩支点附近处主梁受力非常复杂。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 波纹钢腹板箱梁的特点
• 1.2.1 波纹钢腹板箱梁的构造特点
• 1.2.2 波纹钢腹板箱梁的受力特点
• 1.2.3 波纹钢腹板箱梁的技术优点
• 1.3 波纹钢腹板箱梁的国内外研究现状
• 1.3.1 波纹钢腹板箱梁的国外研究现状
• 1.3.2 波纹钢腹板箱梁的国内研究现状
• 1.3.3 波纹钢腹板箱梁研究存在的主要问题
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 桥梁结构动力特性分析原理及方法
• 2.1 概述
• 2.2 梁桥的固有振动原理
• 2.2.1 梁桥的弯曲振动方程
• 2.2.2 梁桥的自弯曲固有振动
• 2.3 振动分析方法
• 2.3.1 矩阵迭代法
• 2.3.2 能量法
• 2.3.3 李茨法
• 2.3.4 子空间迭代法
• 2.3.5 有限元法
• 2.4 本章小结
• 第三章 波纹钢腹板变截面组合连续箱梁桥动力特性及影响参数分析
• 3.1 概述
• 3.2 波纹钢腹板变截面组合连续箱梁桥动力特性特性分析
• 3.2.1 工程概况
• 3.2.2 有限元模型的建立
• 3.2.3 有限元模型的动力特性分析
• 3.3 高跨比的影响
• 3.3.1 桥L-80的动力特性分析
• 3.3.2 桥L-100的动力特性分析
• 3.3.3 桥L-120的动力特性分析
• 3.3.4 桥L-150的动力特性分析
• 3.3.5 有限元模型动力特性结果对比
• 3.4 横隔板的影响
• 3.4.1 横隔板数量的影响
• 3.4.2 横隔板厚度的影响
• 3.4.3 横隔板位置的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 波纹钢腹板变截面组合连续箱梁桥地震反应谱分析
• 4.1 概述
• 4.2 反应谱基本原理
• 4.3 反应谱组合方法
• 4.4 规范反应谱
• 4.5 波纹钢腹板变截面组合连续箱梁桥模型反应谱分析
• 4.5.1 有限元模型的反应谱曲线
• 4.5.2 有限元模型的反应谱计算工况
• 4.5.3 有限元模型的反应谱分析结果
• 4.5.3.1 谱分析位移结果
• 4.5.3.2 谱分析内力结果
• 4.6 本章小结
• 第五章 波纹钢腹板变截面组合连续箱梁桥地震时程分析
• 5.1 概述
• 5.2 时程分析的基本原理
• 5.3 地震波的输入
• 5.3.1 地震动输入
• 5.3.2 地震动输入方式
• 5.4 波纹钢腹板变截面组合连续箱梁桥模型时程分析
• 5.4.1 地震波加速度时程
• 5.4.2 有限元模型结构阻尼的选取
• 5.4.3 有限元模型的时程计算工况
• 5.4.4 有限元模型的时程分析
• 5.4.4.1 时程分析位移结果
• 5.4.4.2 时程分析内力结果
• 5.5 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢