混凝土自锚式悬索桥地震反应分析

论文摘要

混凝土自锚式悬索桥作为一种特殊的桥梁结构形式,它保留了地锚式悬索桥优美的线型和错落有致的外观,因此越来越受到工程界的青睐,成为城市市区中小跨径桥梁极具竞争力的方案。由于其结构受力复杂,从已有的文献来看,对于自锚式悬索桥特别是混凝土自锚式悬索桥的动力性能研究颇为少见,因此对这方面的研究具有十分重要的意义。本文在总结国内外文献的基础上,对混凝土自锚式悬索桥的动力特性和地震反应进行了系统的研究,主要工作如下:(1)考虑几何非线性和预加吊杆张力的影响,分析了混凝土自锚式悬索桥在静力荷载下的内力及变形。对这种类型的桥梁建立了有限元模型,进行了数值计算,并将计算的结果与现场实测结果进行了对比,证明了本文建模方法的正确性,为之后的动力分析提供依据。(2)基于大位移非线性弹性理论的广义变分原理,考虑了加劲梁的压弯耦合、剪切应变能和扭转应变能的影响,建立了三跨自锚式悬索桥空间耦合自由振动的大位移不完全广义势能泛函,通过约束变分推导出自锚式悬索桥振动的基础微分方程,忽略非线性项的影响,进而得到线性振动微分方程。求出了文中模型的解析解,并与数值解进行了比较,吻合较好。这一方程对自锚式悬索桥的固有动力特性分析提供了理论依据。(3)混凝土自锚式悬索桥的动力特性主要包括体系的自振频率和主振型,它是自锚式悬索桥动力分析的基础和前提。通过建立空间有限元模型,给出了绍兴市解放三桥前30阶频率和相应的振型,同时分别计算了加劲梁刚度、塔架刚度、主缆截面、吊杆截面等结构参数变化对混凝土自锚式悬索桥动力特性的影响。对优化自锚式悬索桥的抗震性能提供了参考依据。(4)采用了反应谱法和时程积分法对结构进行地震反映分析,对该类桥型的初步设计有一定的指导意义。(5)考虑行波效应,在更符合实际震动情况的条件下求解自锚式悬索桥的地震响应。分析了不同波速条件下结构的地震响应,给出波速对于该类桥型的影响。对桥梁抗震工程的设计和施工有重要的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 自锚式悬索桥发展综述
• 1.2.1 自锚式悬索桥的特点
• 1.2.2 国内外自锚式悬索桥的发展现状
• 1.3 桥梁结构地震反应分析现状
• 1.3.1 反应谱法
• 1.3.2 时程分析法
• 1.3.3 随机震动方法
• 1.4 本文主要工作
• 第二章 混凝土自锚式悬索桥成桥分析
• 2.1 引言
• 2.2 单元刚度矩阵
• 2.2.1 平面梁单元
• 2.2.2 平面柔索单元
• 2.3 简化模型
• 2.4 静力分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 混凝土自锚式悬索桥自由震动理论研究
• 3.1 引言
• 3.2 压弯耦合效应下的加劲梁应变能
• 3.3 大位移不完全广义势能函数的建立
• 3.4 自锚式悬索桥自由震动基础微分方程
• 3.5 自锚式悬索桥自由震动微分方程的化简和求解
• 3.6 本章小结
• 第四章 结构参数变化对动力特性的影响
• 4.1 引言
• 4.2 混凝土自锚式悬索桥的动力特性分析
• 4.3 结构参数变化对动力特性的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 混凝土自锚式悬索桥地震反应分析
• 5.1 引言
• 5.2 反应谱法
• 5.2.1 反应谱的定义
• 5.2.2 反应谱曲线的确定
• 5.2.3 数值分析
• 5.2.3.1 水平向震动分量作用
• 5.2.3.2 竖向震动分量作用
• 5.2.3.3 正交地震分量组合
• 5.2.4 反应谱分析小结
• 5.3 时程分析法
• 5.3.1 时程分析法介绍
• 5.3.2 一致地震输入下运动方程的建立
• 5.3.3 非一致地震动输入下运动方程的建立
• 5.3.4 逐步积分法
• 5.3.5 地震波的选取
• 5.3.6 数值分析结果
• 5.3.7 时程分析小结
• 第六章 多点激励混凝土自锚式悬索桥随机地震响应分析
• 6.1 引言
• 6.2 多点输入地震相应分析运动方程
• 6.3 数值结果分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 本文的研究结论
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 发表的学术论文及参加科研情况
• 附录
• 致谢