高速铁路大跨度钢桁梁斜拉桥地震响应研究及减震分析

论文摘要

近年来,大跨度铁路斜拉桥在我国得到迅速发展和广泛应用。目前对大跨度斜拉桥的动力性能研究虽然较多,但对于铁路专用斜拉桥抗震性能的分析却依然较少,诸如地震发生时列车走形性以及合理减隔震措施等难题仍然存在。因此,结合铁路斜拉桥的结构特点,对其地震响应进行分析,并探讨其合理的减震措施就显得尤为重要。本文以一座双线铁路专用斜拉桥——南广铁路郁江双线特大桥为工程背景,采用反应谱分析和非线性时程分析相结合的方法,对其动力特性及地震响应进行了研究,并通过对粘滞阻尼器阻尼参数的比选,对大桥的减震性能进行了探讨。主要工作如下：1.通过现有资料的广泛阅读和汇整,阐述了大跨度铁路斜拉桥的发展历程、结构特点以及动力研究的意义；并结合国内外强震实例,综述了大跨度铁路斜拉桥的震害特点、研究现状以及存在的问题；同时,基于大跨度斜拉桥的减震设计思路,对桥梁减震系统,以及粘滞阻尼器在国内外桥梁中的应用进行了介绍。2.基于斜拉桥振动分析的有限元方法,利用大型通用软件ANSYS,建立郁江双线特大桥的全桥空间有限元模型,针对考虑拉索垂度非线性与否两种不同情况,对大跨度钢桁梁斜拉桥自振特性进行分析并总结其特点,为进一步研究其地震响应及减震方法做铺垫。3.通过计算大桥的振型参与质量,确定参与反应谱分析的振型阶数,根据桥址场地条件选择合适的反应谱,对大桥进行五种不同组合工况下的一致激励反应谱分析,并分别验算了P1、P2两种不同概率水平下的地震响应。4.结合桥址场地条件,选用修正的El-Centro波对大桥进行地震动激励,并考虑地震动竖向分量、相位差效应（不同行波速）以及拉索垂度非线性等因素,对大桥进行设计地震作用下的时程响应分析,并探讨各因素对大跨度铁路钢桁梁斜拉桥地震响应的影响规律。5.通过在主塔与主梁之间设置粘滞阻尼器,对大桥进行减震分析,探讨了粘滞阻尼器参数（阻尼系数和速度指数）变化对大桥减震效果的影响,可以为铁路钢桁梁斜拉桥的减震设计提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 大跨度铁路斜拉桥的发展现状及特点
• 1.2.1 大跨度铁路斜拉桥的发展现状
• 1.2.2 铁路斜拉桥的性能特点
• 1.2.3 大跨度铁路钢桁梁斜拉桥
• 1.3 大跨度斜拉桥动力研究现状及意义
• 1.3.1 斜拉桥动力特性研究发展状况
• 1.3.2 研究意义
• 1.4 大跨度铁路斜拉桥抗震研究
• 1.4.1 斜拉桥震害特点
• 1.4.2 斜拉桥抗震研究现状
• 1.4.3 大跨度铁路斜拉桥抗震研究存在的主要问题
• 1.5 大跨度桥梁减隔震研究
• 1.5.1 大跨度斜拉桥减震设计思路
• 1.5.2 大跨度桥梁减隔震系统
• 1.5.3 粘滞阻尼器在国内外桥梁中的应用及发展
• 1.6 本文主要研究内容
• 第二章 大跨度钢桁梁斜拉桥自振特性分析
• 2.1 桥梁振动的有限元法
• 2.1.1 离散体系的动力学方程式
• 2.1.2 结构体系的振动频率与振型
• 2.2 郁江大桥动力计算有限元模型
• 2.2.1 工程背景
• 2.2.2 计算力学模型
• 2.3 计算结果及分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 大跨度铁路斜拉桥地震反应谱响应分析
• 3.1 地震反应谱
• 3.1.1 反应谱基本原理
• 3.1.2 反应谱理论的地震力计算
• 3.1.3 反应谱组合方法
• 3.1.4 振型参与系数
• 3.1.5 规范反应谱
• 3.1.6 抗震设防标准
• 3.2 郁江大桥反应谱分析
• 3.2.1 郁江大桥地震动反应谱
• 3.2.2 有效振型参与质量分析
• 3.2.3 反应谱分析
• 3.3 郁江大桥反应谱分析结果
• 3.3.1 主要结构地震响应结果汇总
• 3.3.2 主要内力包络图
• 3.3.3 反应谱结果分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 大跨度铁路斜拉桥地震反应时程分析
• 4.1 斜拉桥地震反应时程分析方法
• 4.1.1 概述
• 4.1.2 振动方程求解的数值积分法
• 4.1.3 地震动作用下刚性基础桥梁结构的运动方程
• 4.1.4 结构阻尼的确定
• 4.1.5 地震波的选取、调整与输入
• 4.2 一致激励作用下地震时程反应分析
• 4.2.1 纵向+竖向输入工况下时程结果及分析
• 4.2.2 横向+竖向输入工况下时程结果及分析
• 4.3 非一致激励下空间特性的影响分析
• 4.3.1 考虑行波效应的多点激励时程分析
• 4.3.2 行波效应下郁江大桥地震响应分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 大跨度斜拉桥粘滞阻尼器减震分析
• 5.1 引言
• 5.2 粘滞阻尼器的原理及力学性能
• 5.2.1 粘滞阻尼器的减震机理
• 5.2.2 粘滞阻尼器的力学性能
• 5.3 纵桥向减震参数比选及减震效果分析
• 5.3.1 参数的选择及优化
• 5.3.2 参数优化后的减震效果分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的主要研究成果