钢管混凝土拱桥动力性能研究

论文摘要

钢管混凝土拱桥是近十几年来随着我国交通事业的发展而兴起的一种新型桥型。钢管混凝土拱桥不断向大跨方向发展,研究其在地震、风等动力作用下的响应问题对结构设计具有重要意义。本文分析了钢管混凝土的特点,回顾了其发展历史,介绍了钢管混凝土拱桥的发展和研究现状,提出了需要进一步研究和探讨的问题,系统全面地论述了拱桥动力学分析的内容和方法,并依据松岙大桥的设计资料使用大型通用有限元分析软件SAP2000建立了空间有限元模型,探讨了结构构件和边界条件的合理模拟,分析了模型与实桥之间存在的差异。结构在动力作用下的响应与结构的自振特性密切相关,自振特性是进行各项动力分析的前提和基础。本文对松岙大桥桥跨结构的自振特性进行了计算和分析,讨论了模型简化差异、结构构造(横撑布置、吊杆布置)、构件材料特性(拱肋刚度)等对自振特性的影响。针对钢管混凝土拱桥地震反应,本文采用地震动力反应谱和动态时程分析两种方法对松岙大桥进行了计算分析。反应谱法采用标准反应谱作为输入谱曲线,计算三向正交输入下桥梁结构的地震反应,分析了在最不利组合地震动输入作用下结构的工作状态。时程分析法计算拱桥在一致激励下的地震反应,探讨竖向地震动输入对地震反应的影响,对各方向地震动输入下结构响应进行比较和分析,验算结构的抗震安全性,简要讨论了横撑布置对抗震性能的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 钢管混凝土技术
• 1.1.1 钢管混凝土的特点
• 1.1.2 钢管混凝土技术的应用和研究现状
• 1.2 钢管混凝土在拱桥中的应用
• 1.2.1 钢管混凝土拱桥的发展
• 1.2.2 钢管混凝土拱桥的研究现状
• 1.3 钢管混凝土拱桥动力学研究及其意义
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 拱桥动力学分析的内容和方法
• 2.1 拱桥振动理论解析法
• 2.1.1 拱桥的自由振动
• 2.1.2 拱桥的强迫振动
• 2.2 拱桥振动理论有限元分析法
• 2.2.1 有限元数值分析方法
• 2.2.2 建立运动方程
• 2.2.3 结构自振特性分析
• 2.2.4 结构动力响应分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 有限元模型的建立
• 3.1 松吞大桥工程概况
• 3.2 大型通用有限元软件SAP2000简介
• 3.3 空间力学模型简化分析
• 3.3.1 空间模型简化
• 3.3.2 模型简化的几个问题
• 3.3.3 动荷载的模拟
• 3.4 本章小结
• 第4章 钢管混凝土拱桥自振特性分析
• 4.1 松岙大桥自振特性分析
• 4.2 模型简化差异对自振特性的影响分析
• 4.2.1 采用钢管混凝土统一理论模拟拱肋
• 4.2.2 桥面板弹性模量取值差异
• 4.2.3 桥面板在桥轴向自由度约束差异
• 4.3 材料特性取值差异对自振特性的影响分析
• 4.3.1 钢管内混凝土动刚度对自振特性的影响分析
• 4.3.2 自重应力对自振特性的影响分析
• 4.4 结构构造对自振特性的影响分析
• 4.4.1 横撑布置对自振特性的影响分析
• 4.4.2 吊杆布置对自振特性的影响分析
• 4.4.3 拱肋内倾对自振特性的影响分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 钢管混凝土拱桥地震响应分析
• 5.1 地震反应谱分析
• 5.2 地震反应时程分析
• 5.2.1 内力响应分析
• 5.2.2 位移响应分析及横撑布置对位移响应的影响
• 5.3 本章小结
• 第6章 结语
• 6.1 本文的主要结论
• 6.2 需要进一步研究的问题
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文