大跨径叠合梁自锚式悬索桥动力性能研究

论文摘要

目前世界进入了新的地震活跃期,新世纪的头十年就发生了几次重大地震灾害,给人们的生命和财产造成了巨大的损失。桥梁作为交通运输的生命线工程,重要性不言而喻,在震后的抗震救灾中起到不可替代的作用。随着城市化的加剧,人口越来越密集,对交通的依赖性也更强,自锚式悬索桥作为一种常见的城市桥梁,由于其自身的优越性,受到工程界的青睐,应用前景很广泛;目前对这类桥型动力性能的研究还不够系统,尤其是叠合梁自锚式悬索桥,所以开展该桥型动力特性和地震反应行为的研究具有很重要的理论和工程意义。本文以一座在建的叠合梁自锚式悬索桥为工程对象,对其进行了合理的简化,保留主要构件,忽略次要部位,用ANSYS建立全桥空间有限元模型,对其进行了详细的地震分析,所做主要工作如下:1.论述了自锚式悬索桥的优缺点及发展状况,建立3维全桥空间有限元模型,确定其合理成桥状态,后续的分析都是以该模型为基础。2.论述了特征值求解的三种主要方法,并利用子空间迭代法求解结构的自振特性,提取前20阶阵型和相应的频率,对该结构阵型的分布规律进行论述。3.根据场地条件,利用规范规定的加速度反应谱,采用两水准设计,对结构分别进行E1和E2地震作用分析,并考虑空间多维地震作用,找出该类桥型地震作用下的最不利工况及最不利断面。4.论述地震动的随机模拟方法,人工地震波理论及其合成方法;用MAT-LAB编制人工地震波生成程序,利用规范给定的功率谱合成与加速度反应谱相适应的人工地震波,并利用该人工地震波对结构进行地震时程分析,并与前面的反应谱分析结果对比;给出该类桥地震反应的一般规律。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 自锚式悬索桥发展概况
• 1.2.1 自锚式悬索桥的特点
• 1.2.2 国外发展概况
• 1.2.3 国内发展概况
• 1.3 大跨径桥梁地震研究现状
• 1.4 课题的主要研究工作和技术方案
• 第2章 有限元模型的建立及合理成桥状态确定
• 2.1 实际工程背景
• 2.2 整体建模思路
• 2.3 悬索桥各结构的模拟
• 2.3.1 主梁的模拟
• 2.3.2 索体系的模拟
• 2.3.3 桥塔的模拟
• 2.3.4 边界条件考虑及其他连接件的模拟
• 2.3.5 小结
• 2.4 成桥状态确定
• 2.4.1 成桥状态的影响因素及确定方法
• 2.4.2 合理成桥状态的确定及结构主要的内力
• 2.5 本章小结
• 第3章 叠合梁自锚式悬索桥动力特性分析
• 3.1 模态分析基本理论
• 3.1.1 结构自由方程频率和阵型求解
• 3.2 特征方程的三种求解方法
• 3.3 模态结果分析及讨论
• 3.4 本章小结
• 第4章 叠合梁自锚式悬索桥地震响应的反应谱分析
• 4.1 前言
• 4.2 反应谱分析方法及规范规定的地震设计反应谱
• 4.2.1 我国桥梁抗震设防目标
• 4.2.2 地震动的输入与地震动设计反应谱
• 4.3 叠合梁自锚式悬索桥的反应谱数值分析
• 4.3.1 顺桥向激励作用分析
• 4.3.2 横向激励作用分析
• 4.3.3 竖向激励作用分析
• 4.3.4 空间激励作用分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 叠合梁自锚式悬索桥的地震时程分析
• 5.1 前言
• 5.2 地震动的随机模拟
• 5.2.1 实测地震波
• 5.2.2 人工合成地震波
• 5.3 一维地震作用下的结构响应分析
• 5.3.1 顺桥向X地震输入
• 5.3.2 横桥向Z地震输入
• 5.3.3 竖向Y地震输入
• 5.3.4 空间多维地震输入
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢