单索面矮塔斜拉桥动力特性及地震响应分析

论文摘要

矮塔斜拉桥是近30年发展起来的一种新型桥梁结构,其结构体系多变,刚柔相济兼有斜拉桥和连续梁桥的特点。随着近年来世界各地地震灾害的频发,尤其是2008年发生的四川汶川大地震更是给我们带来了惨重的教训,目前四川的灾后重建工程进行的如火如荼,而桥梁的抗震能力成为了人为日益关心的话题,我们有必要对矮塔斜拉桥这类新型桥梁结构进行动力特性和抗震性能的研究。本文的主要内容包括：（1）论述了矮塔斜拉桥的发展概况极其特点,介绍了大跨度桥梁抗震分析方法的发展和现状,归纳并总结了桥梁抗震动力学理论和桥梁地震反应分析的基本理论。（2）在理论基础上以一座单索面矮塔斜拉桥—人民桥为工程背景,利用Midas/Civil 2010结构分析程序,进行了动力特性分析,并分析了桩—土—结构相互作用对全桥动力特性的影响。（3）分别采用反应谱法和动态时程分析法两种方法对该桥进行了E1地震作用下的响应分析,并将分析结果进行了对比。其中,反应谱分析采用规范加速度反应谱作为输入的谱曲线,计算了顺桥向、横桥向、竖向及三向组合下结构的地震响应,得到该桥地震响应的一般规律。动态时程分析则利用El-Centro波、Taft波以及由规范反应谱为目标拟合而成的人工波对人民桥进行时程反应分析,将两者方法的计算结果进行了相互校核,并对比分析两种方法对结构计算的影响。（4）选取修正后的El-centro波做行波输入,分析了行波效应对人民桥地震响应的影响。（5）分别采用墩底固结和考虑桩—土—结构相互作用两种模型,考虑了单向地震输入和三个方向同时输入两种工况,对比分析了两种模型的计算结果,得出桩—土—结构相互作用对人民桥的影响规律。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 矮塔斜拉桥发展概况及其特点
• 1.2.1 矮塔斜拉桥发展概况
• 1.2.2 矮塔斜拉桥特点
• 1.3 大跨度桥梁抗震分析方法的发展和现状
• 1.3.1 地震反应分析方法
• 1.3.2 大跨度桥梁抗震设计现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 桥梁结构抗震动力学理论
• 2.1 桥梁振动有限元分析方法
• 2.1.1 离散体系的动力学方程
• 2.1.2 结构体系的振动频率与振型
• 2.1.2.1 二节点等参直杆单元
• 2.1.2.2 索单元
• 2.1.2.3 关于结构质量矩阵的处理
• 2.1.3 振动频率与振型
• 2.2 桥梁结构的振动阻尼
• 第3章 桥梁地震响应分析理论
• 3.2 反应谱法
• 3.2.1 基本原理
• 3.2.2 反应谱组合方法
• 3.3 动态时程分析法
• 3.3.1 概述
• 3.3.2 振动方程的建立
• 3.3.3 地震动加速度时程的选择
• 3.3.4 地基与结构相互作用
• 3.3.5 行波效应
• 3.4 本章小结
• 第4章 单索面矮塔斜拉桥动力特性分析
• 4.1 工程概况
• 4.2 全桥动力计算模式
• 4.2.1 桥面系的计算模式
• 4.2.2 拉索的计算模式
• 4.2.3 主塔的计算模式
• 4.2.4 基础的计算模式
• 4.3 全桥空间有限元模型建立
• 4.3.1 模型建立原则
• 4.3.2 主梁的模拟
• 4.3.3 主塔的模拟
• 4.3.4 拉索的模拟
• 4.3.5 桥墩的模拟
• 4.3.6 基础的模拟
• 4.3.7 边界条件的模拟
• 4.4 动力特性分析
• 4.4.1 模态分析
• 4.4.2 桩—土—结构相互作用对人民桥动力特性的影响
• 4.5 本章小结
• 第5章 单索面矮塔斜拉桥地震响应分析
• 5.1 分析方法的选用
• 5.2 E1地震作用下的反应谱分析
• 5.2.1 人民桥谱曲线
• 5.2.2 全桥反应谱分析
• 5.2.2.1 顺桥向地震作用分析
• 5.2.2.2 横桥向地震作用分析
• 5.2.2.3 竖向地震作用分析
• 5.2.2.4 三向组合地震作用分析
• 5.3 E1地震作用下的线性时程分析
• 5.3.1 地震动加速度时程的选取
• 5.3.2 地震动的输入
• 5.3.3 全桥时程分析
• 5.3.3.1 人工波时程分析
• 5.3.3.2 El-centro波时程分析
• 5.3.3.3 Taft波时程分析
• 5.4 E1地震作用下两种分析方法结果的对比
• 5.5 考虑行波效应的地震响应分析
• 5.5.1 计算假定
• 5.5.2 行波效应下结构地震响应分析
• 5.6 考虑桩—土—结构相互作用的地震响应分析
• 5.6.1 顺桥向一致输入下地震响应分析
• 5.6.2 横桥向一致输入下地震响应分析
• 5.6.3 竖向一致输入下地震响应分析
• 5.6.4 三向一致输入下地震响应分析
• 5.7 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 本文主要研究工作和结论
• 6.2 对进一步研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献