大跨度斜拉桥非一致激励地震反应分析及减震设计

论文摘要

大跨度桥梁是重要的交通生命线工程,一旦在地震中遭受破坏,将会导致巨大的经济损失,并严重影响到灾区的抗震救灾工作和恢复重建,因此,对斜拉桥进行正确有效的地震反应分析及减震设计,确保其抗震安全性具有非常重要的意义。对斜拉桥进行减震设计时,其主导思想是在地震作用下,斜拉桥的内力和位移都是越小越好,但通常情况下这两个方面往往是相互矛盾的,要使得内力反应减小,往往要付出较大的位移作为代价,反之亦然。在大跨度桥梁中设置粘滞阻尼器时,不会增加结构的刚度,由于粘滞阻尼器可消耗地震荷载输入结构的振动能量,从而能有效地控制大跨度桥梁结构的振动反应,是一种较为理想的大跨度桥梁减震技术。本论文对大跨度斜拉桥的非一致激励地震反应分析与粘滞阻尼器减震设计进行了较为系统的研究,主要工作及成果包括以下几个方面：1)本文对时程分析法、随机振动分析法、反应谱法进行了总结,比较了彼此的优缺点。研究和讨论了多点激励下动力响应分析在桥梁工程中的应用情况。2)以拟建的宁波大跨度斜拉桥—大榭二桥(主跨392m)为例,基于大型有限元程序ANSYS讨论大跨斜拉桥在桩—土—结构相互作用、桥面系材料、边跨压重及孔跨布置等因素对大跨斜拉桥动力特性的影响及地震动力响应的变化规律,为大跨斜拉桥的抗震设计及分析提供借鉴。3)进一步对大榭二桥方案三进行多点反应谱分析、时程分析(包括一致激励、行波效应、多点激励),探讨非一致地震激励对大跨斜拉桥的影响规律。4)通过在主塔与主梁之间设置粘滞阻尼器的减震方案,借助于有限元程序ANSYS,进行了斜拉桥结构的减震分析。结果表明,设置粘滞阻尼器能有效地减小大跨度斜拉桥结构塔、梁位移、内力反应。为大跨度斜拉桥的减震设计提供了借鉴与参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 大跨度桥梁地震输入问题研究现状
• 1.3 大跨度斜拉桥地震反应分析研究现状
• 1.4 大跨度桥梁减隔震措施
• 1.5 本论文的主要研究内容
• 第2章 非一致激励的地震反应分析方法
• 2.1 非一致激励地震反应分析方法
• 2.1.1 反应谱分析方法
• 2.1.2 时程分析方法
• 2.1.3 随机振动分析方法
• 2.1.4 三种分析方法的比较
• 2.2 非一致激励下的动力平衡方程
• 2.2.1 加速度输入时多点激励动力平衡方程
• 2.2.2 位移输入时多点激励动力平衡方程
• 2.3 反应谱法分析的理论及动力方程
• 2.3.1 反应谱分析的原理
• 2.3.2 反应谱理论的地震力计算
• 2.3.3 反应谱分析中的两个组合
• 2.4 多点激励下反应谱分析的运动方程
• 2.5 本章小结
• 第3章 结构模型的建立和动力特性分析
• 3.1 斜拉桥动力计算模型的建立方法
• 3.1.1 桥面系的模拟
• 3.1.2 斜拉索的模拟
• 3.1.3 主塔的模拟
• 3.1.4 基础的模拟
• 3.2 工程背景与动力有限元模型的建立
• 3.2.1 工程背景
• 3.2.2 结构动力模型的建立
• 3.3 斜拉桥的动力特性分析
• 3.3.1 桥梁结构动力特性计算方法
• 3.3.2 有桩与无桩模型动力特性比较
• 3.3.3 桥面系材料及边跨压重对动力特性的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 一致及多点输入下的反应谱分析
• 4.1 地震动输入
• 4.1.1 抗震设防目标及标准
• 4.1.2 地震动输入的确定
• 4.1.3 地震荷载组合
• 4.2 一致激励反应谱计算分析
• 4.2.1 三种设计方案的谱分析结果比较
• 4.2.2 有桩与无桩模型的谱分析结果比较
• 4.3 多点激励的反应谱分析理论
• 4.4 多点激励反应谱分析计算结果
• 4.4.1 峰值加速度对多点反应谱分析的影响
• 4.4.2 场地特征周期对多点反应谱分析的影响
• 4.5 本章小结
• 第5章 行波及多点激励下的地震时程分析
• 5.1 时程分析的数值积分方法及在ANSYS中的实现
• 5.1.1 时程分析的数值积分方法
• 5.1.2 基于ANSYS的时程分析方法
• 5.2 时程分析中的阻尼与地震波的输入
• 5.2.1 阻尼的确定
• 5.2.2 地震动输入的确定
• 5.3 一致激励下地震时程响应分析
• 5.3.1 纵向+竖向输入时程结果及分析
• 5.3.2 横向+竖向输入时程结果及分析
• 5.4 行波激励的地震时程响应分析
• 5.4.1 行波效应对节点位移的影响
• 5.4.2 行波效应对斜拉桥内力的影响
• 5.5 多点激励的地震时程响应分析
• 5.5.1 纵向输入多点激励时程分析
• 5.5.2 横向输入多点激励时程分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 大跨度斜拉桥结构减震分析
• 6.1 地震位移控制及阻尼器的应用
• 6.1.1 地震位移控制的机理和方法
• 6.1.2 阻尼器的模拟
• 6.1.3 阻尼器设计参数的确定
• 6.2 减震效果分析
• 0时斜拉桥的动力特性'>6.2.1 C取为C₀时斜拉桥的动力特性
• 6.2.2 阻尼器对斜拉桥的减震效果分析
• 6.3 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果