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600m特大跨径钢筋混凝土拱桥抗震性能研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外大跨度混凝土拱桥发展概况

1.3 国内外桥梁抗震设计现状

1.4 本文研究内容

第二章 拱轴系数对特大跨拱桥地震响应分析

2.1 600m钢筋混凝土拱桥的试设计

2.2 有限元模型建立

2.2.1 有限元软件简介

2.2.2 线弹性有限元分析模型

2.3 不同拱轴系数的特大跨拱桥在自重作用下的响应分析

2.4 地震动输入

2.4.1 地震波的选取

2.4.2 地震动强度指标选取

2.5 600m跨钢筋混凝土拱桥在不同拱轴系数下的自振特性分析

2.6 600m钢筋混凝土拱桥在不同拱轴系数下的地震响应分析

2.6.1 主拱圈在纵向+竖向地震作用下的地震响应分析

2.6.2 主拱圈在横向+竖向地震作用下的地震响应分析

2.7 本章小结

第三章 600m钢筋混凝土拱桥非线性地震响应分析

3.1 有限元模型建立

3.1.1 混凝土本构关系模型

3.1.2 钢筋本构分析模型

3.1.3 有限元模型

3.2 增量动力分析(IDA)法

3.3 考虑非线性的特大跨拱桥地震响应对比分析

3.3.1 线弹性分析

3.3.2 考虑材料非线性的弹塑性分析结果

3.3.3 考虑P-Delta效应的弹塑性分析结果

3.4 对比分析

3.4.1 线弹性模型与材料非线性模型对比分析

3.4.2 材料非线性模型与材料非线性+几何非线性模型对比分析

3.4.3 对比结果

3.5 主拱圈钢筋设计参数对特大跨拱桥地震响应的影响

3.5.1 纵筋率对特大跨拱桥地震响应的影响

3.5.2 箍筋率对特大跨拱桥地震响应的影响

3.6 本章小结

第四章 不同拱上建筑的主拱圈地震响应分析

4.1 概述

4.2 拱上建筑试设计方案

4.2.1 连续梁-连续刚构体系

4.2.2 T构交界墩体系

4.3 拱上建筑布置形式为方案A的主拱圈地震响应对比分析

4.3.1 方案A在纵向+竖向地震动下的响应分析

4.3.2 方案A在横向+竖向地震动下的响应分析

4.3.3 方案A对比结果

4.4 拱上建筑布置形式为方案B的主拱圈地震响应对比分析

4.4.1 方案B在纵向+竖向地震动下的响应分析

4.4.2 方案B在横向+竖向地震动下的响应分析

4.4.3 方案B对比结果

4.5 方案A1和方案B3对比分析

4.5.1 方案A1和方案B3在纵向+竖向地震动下对比分析

4.5.2 方案A1和方案B3在横向+竖向地震动下对比分析

4.6 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 本文取得的主要成果

5.2 存在问题及展望

致谢

参考文献

附表

附录

硕士期间发表的研究成果

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摘要

世界各地发生的地震给人类生命财产造成巨大损失。桥梁作为生命线工程,一旦发生地震破坏,给抢险救灾带来严重的阻碍。钢筋混凝土拱桥外形美观,跨越能力强,费用低廉,是山区适宜建造的桥梁结构。至今为止,重庆万州长江大桥仍是世界上跨度最大的钢筋混凝土拱桥。欧美、日本、中国等先后对600m-1000m级特大跨钢筋混凝土拱桥进行了探索性研究。
  本文以600m钢筋混凝土拱桥为研究对象,基于OpenSEES软件,开展地震响应及抗震性能研究:
  ①针对600m钢筋混凝土拱桥进行试设计研究,建立桥梁结构的线弹性有限元模型、材料非线性模型以及考虑几何非线性的材料非线性模型,依据这三个模型进行动力特性对比研究;在此基础上,选取20条天然地震波在一致激励下施加给结构进行IDA分析,选取其中典型地震波的计算结果对结构的地震响应值进行比较,研究表明材料非线性和几何非线性对600m钢筋混凝土拱桥的内力和位移的响应影响很大。考虑材料非线性后,在纵向+竖向和横向+竖向地震作用下,较弹性模型弯矩最大分别增大了44.1%和84.8%;考虑几何非线性+材料非线性后,在纵向+竖向和横向+竖向地震作用下,较材料非线性模型弯矩最大分别增大了32.5%和4.4%。
  ②考虑材料非线性和几何非线性,研究主拱圈钢筋用量在地震作用下对主拱圈抗震性能的影响。主拱圈在纵向+竖向以及横向+竖向地震动作用下的地震内力响应值和位移响应值加以对比分析,结果表明纵向钢筋用量的改变在主拱圈进入非线性以前影响不大,在主拱圈进入非线性以后才影响较大;而箍筋用量的改变对主拱圈的抗震性能影响很大,进入非线性的地震动峰值加速度发生了很大改变。
  ③针对桥道梁采用连续梁-连续刚构体系(方案A)和设置T构交界墩的连续梁-连续刚构体系(方案B)两种方式,研究在不同桥道梁跨径布置形式下考虑材料非线性和几何非线性后的地震响应分析,对地震峰值加速度分别为0.1 g、0.4g,0.8g和1.2g下的地震内力响应和位移响应加以对比分析,得出方案A和方案B的较为合理的试设计方案,在此基础上进一步就试设计方案加以分析比较,得出最优的试设计方案。

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