钢管混凝土拱桥抗震性能研究

论文摘要

桥梁作为城市交通的枢纽工程,如何提高其抗震性能一直是桥梁工程界比较关注的问题。在桥梁抗震计算中一般有两种方法:反应谱法和时程分析法,地震动作用的输入方式主要包括单点输入、行波输入和多点输入。本文以长春伊通河月亮拱为依托,系统分析了此异型钢管混凝土单肋系杆拱桥的抗震性能,主要研究工作如下:1、对钢管混凝土拱桥分别采用统一理论和刚度等效法建立了全桥空间有限元模型;建立了全桥自由振动方程,应用子空间迭代法对全桥进行动力特性模态分析,为后续的结构反应谱分析和地震作用下的结构动力响应时程分析做了理论铺垫;2、探讨了在桥梁抗震设计初期采用的反应谱方法,考虑结构各种修正系数的影响,通过Matlab编程合成了规范反应谱,进行了空间一维地震作用下的反应谱分析,并探讨了竖向地震作用在反应谱分析中的重要性;还进行了地震作用按照合成的空间地震动主矢量方向输入下的结构反应谱分析,并与规范中的先单向地震作用输入再按照经验公式组合的方法进行结构反应对比;3、详细论述了人工地震波的生成,通过反应谱与功率谱之间的转换关系,并考虑强度非平稳函数,通过Matlab编程,合成拟合规范反应谱的人工地震加速度波;建立了钢管混凝土拱桥在一致激励地震作用下结构运动方程,并应用直接积分法对全桥进行时域内的结构抗震性能时程分析,探讨了钢管混凝土拱桥在空间一维和多维地震激励下的结构动力响应;4、考虑地震作用的空间效应,生成了考虑行波效应、相干效应和局部场地效应下的人工地震位移波;建立了钢管混凝土拱桥在非一致地震激励下的结构运动方程,运用大质量法和基底位移法,考虑地震动空间效应,对全桥进行一维多点和多维多点地震动作用下的结构抗震性能分析,并与一致激励下结构地震反应进行对比;并对拟在牛腿处设置的Lock-up装置对全桥抗震性能的影响做了初步探讨。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究目的和意义
• 1.2 桥梁地震反应分析的理论发展
• 1.3 国内外研究现状及分析
• 1.4 本课题研究的主要内容
• 第2章 钢管混凝土拱桥动力特性分析
• 2.1 模态分析理论
• 2.2 钢管混凝土拱肋本构关系
• 2.2.1 钢管混凝土的组合弹性模量
• 2.2.2 钢管混凝土的换算剪切模量
• 2.3 空间有限元模型
• 2.4 钢管混凝土拱桥动力特性求解
• 2.5 本章小结
• 第3章 钢管混凝土拱桥反应谱分析
• 3.1 反应谱基本理论
• 3.1.1 单点反应谱
• 3.1.2 多点反应谱
• 3.2 地震反应谱的合成
• 3.3 反应谱分析
• 3.3.1 地震作用输入方向确定
• 3.3.2 地震作用下结构反应谱分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 一致激励下钢管混凝土拱桥动力时程分析
• 4.1 地震动的随机模拟
• 4.1.1 功率谱模型
• 4.1.2 强度包络函数
• 4.1.3 地震动视波速
• 4.1.4 拟合规范反应谱的人工地震波
• 4.2 地震作用下结构运动方程的建立
• 4.3 地震作用下结构运动方程的时域分析方法
• 4.4 结构的阻尼
• 4.5 一维地震作用下结构动力反应分析
• 4.6 多维地震作用下结构动力反应分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 非一致激励下钢管混凝土拱桥地震反应分析
• 5.1 地震地面运动空间变化效应
• 5.2 非一致地震激励下结构运动方程的建立
• 5.3 非一致激励下结构运动方程的求解
• 5.3.1 大质量法
• 5.3.2 基地绝对位移法
• 5.4 一维非一致激励下结构地震反应分析
• 5.5 多维非一致激励下结构地震反应分析
• 5.6 Lock-up装置在桥梁中的应用
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢