薄壁高墩大跨连续刚构桥地震响应分析

论文摘要

近年来,随着我国交通建设迅猛发展,连续刚构桥得到广泛应用,并逐步向大跨、轻柔方向发展。我国是一个地震灾害频发的国家,在地震中长大桥梁一旦遭受破坏,后果严重。鉴于此,本文以某六跨连续刚构桥为工程背景,研究其在地震中的动力响应规律,为桥梁的抗震设计、施工建设及检测加固等提供参考。本文所做的工作与结论如下:（1）利用ANSYS软件建立了大桥有限元分析模型,对其进行模态分析。通过对比不同边界条件和结构参数下的4种模型得到:考虑桩―土效应后,结构的整体刚度减小,自振周期延长。考虑设置系梁后,模型主梁竖向变形的振型序列提前,说明了本桥原有设计系梁的缺失,增大了薄壁高墩柔性,使得全桥水平振动变形更加明显。（2）针对原桥设计模型,分别进行反应谱分析和一致激励输入下的地震响应分析,考察桩―土―结构相互作用对桥梁地震反应的影响,可知桩―土效应对结构横向位移、轴力、平面外剪力和弯矩影响明显。（3）选用El-Centro波、Taft波、兰州波对大桥进行一致地震激励,并与反应谱分析的结果相比较,研究表明:Taft波和El-Centro波较兰州波对本桥影响明显,且一致激励下顺桥向位移、兰州波激励下平面内内力均较反应谱分析结果要小,横桥向位移、平面外内力均较反应谱分析结果偏大,结构抗震设计时宜按分析结果最大值进行控制设计。（4）多维时程分析时考虑竖向地震动输入,结果显示竖向激励加大了刚构桥的桥墩轴力、各跨中的竖向位移和平面内弯矩,由此得出在大跨桥梁设计时应考虑竖向地震动输入。（5）在考虑行波效应情况下,对大桥进行非一致激励分析,并把不同波速的行波激励下地震响应与一致激励的结果相比,发现行波效应对该桥的影响显著:不同波速的行波效应产生不同的影响,波速减小,墩体位移和内力随之减小,有利于抗震,并且不同的波速之间激励下有所差异,存在明显的延滞现象。反之,随着波速的增大,并将与一致激励趋于一致。同时由于墩体高矮和地震波输入方向的不同,主梁和个别墩顶截面的地震响应变大,因而在高墩大跨连续刚构桥抗震设计中忽略行波效应并不总是安全的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1. 绪论
• 1.1 连续刚构桥概述
• 1.1.1 刚构桥的发展概况
• 1.1.2 薄壁高墩连续刚构桥的特点
• 1.2 地震震害及桥梁震害分析
• 1.2.1 地震震害
• 1.2.2 桥梁的震害分析
• 1.3 地震响应分析方法与抗震设防原则
• 1.3.1 地震响应分析方法
• 1.3.2 桥梁的抗震设计原则
• 1.4 连续刚构桥的抗震研究现状
• 1.5 本文研究的意义和主要工作
• 1.5.1 研究的意义
• 1.5.2 主要工作
• 2. 桥梁的有限元模型建立及动力特性分析
• 2.1 工程概况
• 2.2 桩－土－结构相互作用
• 2.3 有限元模型
• 2.4 动力特性分析
• 2.5 本章小结
• 3. 大跨度连续刚构桥地震反应的反应谱分析
• 3.1 反应谱的基本理论
• 3.2 振型加权参数
• 3.3 反应谱的选取
• 3.4 反应谱计算与分析
• 3.4.1 计算结果
• 3.4.2 数据分析
• 3.5 本章小结
• 4. 高墩大跨连续刚构桥地震反应的时程分析
• 4.1 时程分析方法的基本理论
• 4.2 地震波的选取和输入
• 4.2.1 地震波的选择
• 4.2.2 地震波的确定
• 4.2.3 地震波的输入
• 4.3 阻尼参数的设置
• 4.4 地震输入方法
• 4.5 一致激励下地震反应分析
• 4.5.1 地震波激励下的二维时程分析
• 4.5.2 时程分析与反应谱分析结果对比
• 4.5.3 地震波激励下的三维时程分析
• 4.5.4 三维时程分析结果的比较
• 4.5.5 多维时程分析中竖向激励对结构影响
• 4.5.6 本节小结
• 4.6 考虑行波效应地震反应分析
• 4.6.1 计算结果
• 4.6.2 数据分析
• 4.6.3 本节小结
• 4.7 本章小结
• 5. 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录