斜拉桥地震响应分析及其抗震研究

论文摘要

桥梁是交通运输系统的枢纽工程,是生命线工程的重要组成部分,保证桥梁在地震中的安全和正常使用,对城市和地区的抗震防灾工作和震后恢复重建工作中都具有重要的意义。吉林兰旗松花江特大桥是一座采用PES7低松弛镀锌平行钢丝束成品索的斜拉桥,双塔双索面,索横向间距1.1米,塔墩固结,主梁支撑体系,跨径布置102.5m+240m+102.5m.由于结构复杂,地理位置及作用特殊,因此对其进行地震响应分析及减隔震研究是必要的。首先综述了大跨度桥梁抗震理论的发展概况,并介绍和讨论了用于抗震分析的反应谱和时程方法,初步了解其地震响应的大小,以吉林兰旗松花江大桥——主桥为单索面斜拉桥为工程实例,建立有限元模型,进行动力分析,得到其自振特性。其次运用反应谱法和在常遇地震E1下的时程分析,分别计算纵桥向、横桥向和竖向的地震响应,以及上述三个方向地震组合作用的最大总响应。接着介绍了延性分析的概念及理论基础,提出了弹塑性设计方法,建立松花江大桥的的弹塑性动力模型,对其在罕遇地震E2作用下进行地震响应延性分析,并与罕遇地震的弹性分析结构进行比较,以及计算了兰旗松花江大桥主塔的曲率延性和位移延性。得出了松花江大桥在罕遇地震E2作用下不会发生脆性破坏的结论,由于梁端位移较大,需要对松花江大桥进行减隔震设置。最后利用液压阻尼器对松花江大桥进行减隔震设置,主梁梁端的纵向位移和主塔的纵向位移得到很好的控制,并能显著地降低塔根的弯矩,起到很好的减震和保护桥梁结构的效果,达到了工程实际要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题的背景
• 1.2 大跨度桥梁地震响应分析基本理论
• 1.2.1 结构抗震理论的发展历史
• 1.2.2 影响大跨度桥梁地震响应的因素
• 1.3 本文研究的意义和主要工作
• 1.3.1 本文的研究意义
• 1.3.2 本文的主要研究内容
• 1.3.3 本文的主要工作
• 2 斜拉桥的动力特性和反应谱分析
• 2.1 斜拉桥动力模型的建立
• 2.1.1 兰旗松花江大桥的工程概况
• 2.1.2 桥面系的模拟
• 2.1.3 索的模拟
• 2.1.4 主塔的模拟
• 2.1.5 基础的模拟
• 2.2 动力特性计算
• 2.3 反应谱分析的理论基础
• 2.3.1 反应谱定义
• 2.3.2 规范反应谱
• 2.3.3 反应谱的组合方法
• 2.3.4 多维地震动输入下的阵型组合方法
• 2.4 吉林兰旗松花江大桥的反应谱分析
• 2.4.1 引言
• 2.4.2 顺桥向地震作用结果与分析
• 2.4.3 横桥向地震作用结果与分析
• 2.4.4 竖向地震作用结果与分析
• 2.4.5 正交分量的组合
• 2.5 本章小结
• 3 斜拉桥地震响应时程分析
• 3.1 引言
• 3.2 地震波的特性和选取原则
• 3.2.1 地震波的幅值
• 3.2.2 地震波的谱特性
• 3.2.3 地震波的持续时间
• 3.3 兰旗松花江大桥主桥的动态时程分析
• 3.3.1 纵向地震动输入
• 3.3.2 横向地震动输入
• 3.3.3 竖向地震动输入
• 3.3.4 二维地震动输入
• 3.3.5 时程分析与反应谱分析结果比较
• 3.4 小结
• 4 桥梁延性抗震设计
• 4.1 延性抗震设计理论提出的历史背景
• 4.2 性抗震的基本概念和延性指标
• 4.2.1 延性的基本概念
• 4.2.2 延性指标
• 4.3 延性抗震设计理论及分析方法
• 4.3.1 引言
• 4.3.2 延性抗震的设计理论及分析方法
• 4.4 小结
• 5 斜拉桥地震响应延性分析
• 5.1 延性抗震设计中的材料性能
• 5.1.1 无约束混凝土
• 5.1.2 有约束混凝土
• 5.1.3 钢筋
• 5.2 塑性铰以及力学模拟
• 5.2.1 塑性铰的位置
• 5.2.2 塑性铰的长度
• 5.2.3 塑性铰的力学模拟
• 5.3 截面的P-M-f分析求解
• 5.3.1 截面弯矩—曲率求解假定
• 5.3.2 松花江大桥主塔截面弯矩—曲率的求解
• 5.4 斜拉桥延性抗震响应研究
• 5.4.1 松花江大桥地震响应延性计算
• 5.4.2 松花江大桥罕遇地震作用下延性计算和弹性计算结果比较
• 5.4.3 松花江大桥曲率延性和位移延性能力计算分析
• 5.4.4 松花江大桥主塔延性构件二次设计
• 5.5 小结
• 6 液压阻尼器减隔震
• 6.1 耗能减震的基本概念和分类
• 6.2 液压阻尼器耗能减震
• 6.2.1 液压阻尼器的耗能特性及耗能原理
• 6.2.2 液压阻尼器的力学模型
• 6.2.3 液压阻尼器在斜拉桥中的应用
• 6.3 液压阻尼器的布置及对松花江大桥地震响应的影响
• 6.4 总结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢