独塔空间缆索自锚式悬索桥动力性能及抗震分析

论文摘要

自锚式悬索桥作为一种新型的桥梁结构形式,由于其线形优美、结构新颖、对地形及地质条件的适应性强、经济性能良好等优点越来越受到桥梁工程界的青睐。由于其主缆直接锚固在加劲梁上,所以其动力特性与地锚式悬索桥存在一定程度的差异。而独塔空间缆索自锚式悬索桥因其主缆的空间特性,其主缆与桥梁轴线的夹角为变化的,吊索在横桥向为倾斜的,与传统平面索相比,其动力性能又有很大的不同。本文基于青岛海湾大桥大沽河航道桥主跨为260m的独塔空间缆索自锚式悬索桥,对其动力特性、结构参数敏感性及在地震作用下的反应进行了研究,对此类桥梁的进一步研究和应用提供一定的参考。对青岛海湾大桥大沽河航道桥建立非线性有限元模型,对其动力特性进行了分析。研究表明,该桥振型基本合理,具有密布的频谱,由于主缆锚固在加劲梁端,使自锚式悬索桥的整体刚度降低,进而固有周期较长,由于该桥索塔为单柱式桥塔,其横向刚度较弱,所以其横向振动较早出现。前十阶振型中有五阶索振,这主要是由于缆索横向间距较小,刚度较小所致。对该桥的动力特性结构参数敏感性进行了研究,分析发现主缆刚度主要影响悬索桥的一阶竖弯及扭转,加劲梁竖向刚度的变化对加劲梁一阶竖向弯曲振型、索振及加劲梁扭转振型影响较大,横向刚度主要影响悬索桥的加劲梁横向振型,扭转刚度主要影响悬索桥的一阶扭转振型;主塔纵向刚度主要影响悬索桥的纵飘振型;横向刚度主要影响索塔的一阶横向振型。研究得到的结构参数变化对动力特性的影响规律,可为此类自锚式悬索桥结构体系的动力优化设计提供科学依据。利用自锚式悬索桥的抗震理论,分别采用反应谱法和时程分析法对独塔自锚式悬索桥进行抗震分析,研究其在地震作用下的反应,结果表明采用反应谱法求得的两种不同的地震组合作用下加劲梁内力比时程分析法所得值大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的提出及研究意义
• 1.2 自锚式悬索桥的发展
• 1.2.1 早期自锚式悬索桥
• 1.2.2 现代自锚式悬索桥
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 自锚式悬索桥静力分析研究现状
• 1.3.2 自锚式悬索桥动力性能研究现状
• 1.3.3 自锚式悬索桥抗震分析研究现状
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 自锚式悬索桥结构形式及分析理论
• 2.1 自锚式悬索桥的结构形式及受力特点
• 2.1.1 自锚式悬索桥的主要构造
• 2.1.2 自锚式悬索桥的受力特点
• 2.1.3 自锚式悬索桥的结构形式
• 2.2 自锚式悬索桥静力分析理论
• 2.2.1 悬索桥在竖向荷载作用下的分析理论
• 2.2.2 悬索桥在横向荷载作用下的分析理论
• 2.3 自锚式悬索桥动力分析理论
• 2.3.1 概述
• 2.3.2 自锚式悬索桥自有特征方程
• 2.3.3 特征方程的求解方法
• 2.4 自锚式悬索桥非线性理论
• 2.4.1 自锚式悬索桥非线性影响因素
• 2.4.2 几何非线性分析方法
• 2.4.3 几何非线性平衡方程的求解
• 2.5 本章小结
• 第3章 自锚式悬索桥动力性能的参数敏感性研究
• 3.1 分析模型的建立
• 3.1.1 工程背景
• 3.1.2 有限元计算模型的建立
• 3.2 动力特性分析
• 3.3 参数变化对动力特性的影响
• 3.3.1 主缆刚度
• 3.3.2 加劲梁刚度
• 3.3.3 主塔刚度
• 3.3.4 吊索抗拉刚度
• 3.4 本章小结
• 第4章 自锚式悬索桥抗震性能研究
• 4.1 概述
• 4.2 地震作用下桥梁结构运动方程
• 4.3 反应谱分析
• 4.3.1 反应谱法基本理论
• 4.3.2 地震动输入
• 4.3.3 数值结果分析
• 4.4 时程分析
• 4.4.1 时程分析基本理论
• 4.4.2 输入地震波
• 4.4.3 数值结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 在学期间发表的学术论文及参与的科研项目
• 致谢