高墩大跨弯连续刚构设计参数对自振及地震响应的影响分析

论文摘要

我国处在地震多发带上,历史上很多强烈地震发生,近十年来,灾害性地震多发。我国西部山区地形多在地震活跃带上,西部大开发战略促使很多高标准交通线修建和投入运营,同时也伴随着很多高墩大跨连续刚构桥的出现。怎么保证大跨高墩桥梁经受住突发的灾害性地震,如何更好兼顾安全性和经济合理性,是一个不断产生新问题的研究领域。最新修订的公路桥梁规范《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/TB02-2008）对单跨跨径大于150米的桥梁没有规范可依,只给出抗震设计原则,详细抗震设计须作专门研究；《铁路工程抗震设计规范》（GB50111-2006）虽没有跨径限制,但‘设防烈度大于9度地区或有特殊抗震要求的工程及新型结构,其抗震设计应作专门研究’；对于高墩抗震以上规范都未给出细则。因此,对高墩大跨桥梁动力响应的研究文献虽多,能够指导抗震设计的研究成果却很少。本论文以高墩大跨弯连续刚构桥（主跨大于100米,墩高不小于60米）为研究对象,拟定高墩大跨弯连续刚构桥主要设计参数主梁平曲线半径、双肢墩墩高、双肢墩截面形式、双肢墩间距、系梁道数、系梁刚度,应用正交试验设计了24个试验模型工况；以线弹性理论出发,系统研究弯连续刚构桥设计参数对结构自振特性及地震响应的影响规律,研究主要内容有：（1）以沙银钩弯连续刚构桥为基础桥型,构造了24座不同设计参数同跨径的高墩大跨弯连续刚构桥有限元数值模型,主要设计参数为主梁平曲线半径、双肢墩墩高、双肢墩截面形式、双肢墩间距、系梁道数、系梁刚度。（2）构造了L24（41×31×24）六因素多水平的正交试验表,对24个刚构桥数值模型进行正交试验设计,分析了各参数及参数水平的变化对高墩大跨弯连续刚构桥的动力敏感性。（3）利用通用ANSYS结构分析程序,对24个高墩大跨弯连续刚构桥正交数值模型进行自振特性动力分析,用直观分析法分析各设计参数对自振特性影响,总结设计参数对自振特性的影响规律。（4）利用通用ANSYS结构分析程序,采用人工拟合地震波,对24个高墩大跨弯连续刚构桥正交模型分别进行顺桥向和横桥向的时程一致激励,用直观分析法分析各设计参数对地震响应的影响,总结设计参数对地震响应影响规律。通过大量数值分析,得出一些有关该桥型的重要结论。结果表明,对于高墩大跨弯连续刚构桥自振特性的影响双肢墩墩高和双肢墩间距最敏感；对于地震响应的影响,不设系梁对于抗震有利,双肢墩间距大些会减小动力响应,也是有利的,实心墩的影响小于空心墩的影响。论文对高墩大跨弯连续刚构桥的地震响应研究成果可以指导同类桥梁抗震设计,也可为同类桥梁参数优化设计提供支持。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 桥梁抗震概述
• 1.2.1 桥梁结构的抗震设防原则
• 1.2.2 桥梁延性抗震设计
• 1.2.3 桥梁减隔震设计
• 1.3 高墩弯连续刚构特点及抗震问题
• 1.3.1 连续刚构桥的特点与发展
• 1.3.2 高墩抗震设计问题
• 1.3.3 弯梁桥的抗震问题
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 桥梁结构计算地震力理论及正交试验
• 2.1 确定性地震力计算理论
• 2.1.1 静力法
• 2.1.2 动力反应谱法
• 2.1.3 动态时程分析法
• 2.2 正交试验
• 2.2.1 正交表
• 2.2.2 正交试验结果分析
• 2.3 钢筋混凝土的有限元本构模型
• 2.4 小结
• 第三章 高墩大跨弯连续刚构设计参数对自振特性影响分析
• 3.1 依托工程及动力学基础
• 3.1.1 依托工程背景
• 3.1.2 结构动力方程
• 3.2 ANSYS模态分析正交试验设计
• 3.2.1 自振模型正交试验设计方案
• 3.2.2 模态分析方案
• 3.2.3 模态分离
• 3.3 设计参数对一阶模态影响分析
• 3.3.1 设计参数对顺桥向一阶模态影响分析
• 3.3.2 设计参数对横桥向一阶模态影响分析
• 3.3.3 设计参数对竖桥向一阶模态影响分析
• 3.4 顺桥向、横桥向及竖桥向自振正交试验分析结果比较
• 3.4.1 一阶模态与设计参数水平关系曲线
• 3.4.2 设计参数对一阶模态敏感性比较
• 3.5 小结
• 第四章 高墩大跨弯连续刚构设计参数地震响应分析
• 4.1 ANSYS地震响应分析模型
• 4.1.1 单元类型
• 4.1.2 分析模型的简化
• 4.2 地震响应模型正交设计方案
• 4.2.1 正交表设计
• 4.2.2 结果分析方法
• 4.3 顺桥向地震动激励正交数值试验结果分析
• 4.3.1 主梁控制截面响应峰值内力分析
• 4.3.2 双肢墩各控制截面响应峰值内力分析
• 4.3.3 主梁根部截面纵向峰值位移
• 4.4 横桥向地震动激励正交数值试验结果分析
• 4.4.1 主梁控制截面响应峰值内力分析
• 4.4.2 双肢墩各控制截面响应峰值内力分析
• 4.4.3 主梁横向峰值位移分析
• 4.5 顺桥向与横桥向正交分析结果比较
• 4.5.1 控制截面反应值与设计参数水平关系曲线
• 4.5.2 控制截面设计参数影响敏感性比较
• 4.6 小结
• 第五章 结论及建议
• 5.1 主要研究结论
• 5.2 进一步研究的建议
• 参考文献
• 致谢