钢腹板—混凝土组合拱桥的非线性地震响应分析

论文摘要

大跨度拱桥在我国有着很强的竞争力和广泛的应用范围。拱圈轻型化是大跨度混凝土拱桥发展的主要方向。钢腹板-混凝土组合拱桥是一种新型组合结构，其主拱圈截面由混凝土顶底板和钢腹板（波形钢腹板或平钢腹板）组合而成，已有的研究表明这种新型拱桥可以有效地减轻主拱圈结构自重、降低拱圈轴力和缩短施工工期，较之传统的混凝土拱桥具有许多优势，在工程应用上是可行的。为了进一步论证其在工程应用中的可行性，有必要深入了解这种新型拱桥的非线性地震响应特性，但是由于大跨度拱桥地震响应本身的复杂性，目前对大跨拱桥的抗震性能研究并不充分。针对这个问题，本文开展了以下的研究工作：（1）以福建宁德岭兜大桥为原型进行了钢腹板-混凝土组合拱桥的试设计计算，对试设计拱桥的主拱圈顶底板截面进行配筋设计与验算，结果表明试设计拱桥的主拱圈稳定性、刚度以及钢腹板抗剪能力等各项技术指标均满足原桥设计规范的要求。（2）采用基于梁单元的双重非线性有限元程序—NLBeam3D（NonLinearanalysis program of Beam3D）建立了岭兜大桥（钢筋混凝土拱桥）、试设计的波形钢腹板-混凝土组合拱桥以及平钢腹板-混凝土组合拱桥的空间杆系有限元计算模型，对三座拱桥的自振特性进行了分析与比较。（3）当板块边界型地震动单独作用于横桥向时，三座拱桥主拱圈的非线性地震响应均远大于纵桥向地震动的影响。与钢筋混凝土拱桥不同的是，对于波形钢腹板-混凝土组合拱桥和平钢腹板-混凝土组合拱桥来说，拱脚截面在横桥向单独地震作用下产生的最大应变与两方向地震同时作用时产生的应变基本相同。因此在钢腹板-混凝土组合拱桥的抗震设计中，如输入的地震波为板块边界型地震动，则可直接对其施加横桥向地震动，而不需要考虑纵、横向地震动同时作用的情况。（4）波形钢腹板-混凝土组合拱桥与平钢腹板-混凝土组合拱桥拱脚截面在内陆直下型地震动同时作用于纵、横向时产生的最大应变分别为其单独作用于横桥向时产生的应变的3.30倍和2.40倍。因此在钢腹板-混凝土组合拱桥的抗震设计中，如输入的地震波为内陆直下型地震动，则需要考虑纵、横向地震动同时作用的情况。与板块边界型地震动相比，内陆直下型地震动作用于横桥向引起的三座拱桥的非线性地震响应均要小于前者，但是其作用于纵桥向时引起的地震响应则均大于前者。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 拱桥抗震研究
• 1.2.2 钢腹板-混凝土组合拱桥研究
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 钢腹板-混凝土组合拱桥试设计计算
• 2.1 背景工程简介
• 2.2 波形钢腹板-混凝土组合拱桥试设计计算
• 2.2.1 主拱圈顶底板配筋设计
• 2.2.2 主拱圈稳定性验算
• 2.2.3 主拱圈竖向刚度验算
• 2.2.4 波形钢腹板抗剪能力验算
• 2.3 平钢腹板-混凝土组合拱桥试设计计算
• 2.3.1 主拱圈顶底板配筋设计
• 2.3.2 主拱圈稳定性验算
• 2.3.3 主拱圈竖向刚度验算
• 2.3.4 平钢腹板抗剪能力验算
• 2.4 三座拱桥拱圈截面刚度对比
• 2.5 小结
• 第三章 非线性地震反应分析
• 3.1 概述
• 3.1.1 有限元计算模型的建立
• 3.1.2 地震波的输入
• 3.2 结构自振特性分析
• 3.3 板块边界型地震动下非线性地震分析
• 3.3.1 横桥向地震动作用
• 3.3.2 纵桥向地震动作用
• 3.3.3 纵、横向地震动同时作用
• 3.4 内陆直下型地震动下非线性地震分析
• 3.4.1 横桥向地震动作用
• 3.4.2 纵桥向地震动作用
• 3.4.3 纵、横向地震动同时作用
• 3.5 两类地震动作用的对比
• 3.6 小结
• 结论与展望
• 1 研究结论
• 2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 在学期间参与的研究项目
• 在学期间发表的学术论文