某铁路矮塔斜拉桥施工阶段动力特性及地震响应分析

摘要

近年来随着我国经济的发展，技术的进步，极大的促进了桥梁工程的建设和发展，由于矮塔斜拉桥跨越能力强，施工工艺成熟，结构稳定可靠，在我国的桥梁建设中得到了广泛的应用。我国处于地震频发地带，同时随着新型材料的应用和计算机的进步，桥梁朝向大跨径发展，这使得桥梁的建设周期加长，在桥梁的施工期也有可能遇到地震，如日本阪神地震中的明石海峡大桥，台湾集集地震中的集鹿大桥和湖南吉首市的矮寨特大悬索桥。在施工阶段，结构的自由度比较高，结构稳定性差，在遭受地震时可能出现比成桥阶段更不利的情况，然而目前的学者主要研究的是成桥阶段的动力特性和地震响应，很少有人研究施工阶段的地震响应。因此本文以实际施工建设的某铁路矮塔斜拉桥为工程背景，对主要施工阶段和成桥阶段进行了系统的研究，本文的主要工作如下:
　　1.首先收集论文相关的资料，对抗震分析理论和方法进行概述，阐明各种理论方法的适用条件和优缺点，为后面结构的分析做好扎实的理论基础。
　　2.以实际的施工图纸为依据，用Midas建立其成桥阶段和施工阶段的模型，对成桥阶段和各施工阶段进行动力特性分析，得到结构的振型和频率变化规律。研究了不平衡荷载和桥墩的高低对最大悬臂阶段自振特性的影响。
　　3.对主要施工阶段和成桥状态进行反应谱分析，研究各控制截面内力和位移随施工进展的变化规律，并将施工阶段的地震响应与成桥阶段地震响应进行对比，找出施工中控制截面地震响应最不利的施工阶段。在分析时考虑地震的作用方向和组合方式，结果表明地震的作用方向对结构的地震响应影响很大。
　　4.根据场地条件人工拟合三条地震波，对主要施工阶段和成桥状态进行时程分析，选取三条波中各施工阶段控制截面处内力和位移反应的最大值与反应谱分析结果进行对比，找出施工中地震响应最不利的施工阶段。
　　5.在最不利施工阶段采取安装TMD系统的措施，结果表明:安装TMD系统后结构的位移和内力都能得到有效的控制。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 提出问题的背景

1．1．1 地震灾害

1．1．2 桥梁的破坏

1．2 矮塔斜拉桥的发展

1．3 本课题的研究现状

1．4 研究的内容及意义

1．4．1 研究的意义

1．4．2 研究的内容

2 地震反应分析基本理论

2．1 静力阶段

2．1．1 弹性静力法

2．1．2 非线性静力分析

2．2 反应谱法

2．2．1 反应谱的定义

2．2．2 弹性反应谱分析方法

2．3 时程分析法

2．4 随机振动法

2．5 本章小结

3 结构的动力特性分析

3．1 工程简介

3．1．1 工程概况

3．1．2 主要的建筑材料

3．1．3 工程地质条件

3．2 有限元模型的建立

3．3 动力特性分析

3．3．1 动力有限元法

3．3．2 特征值方法

3．4 成桥阶段振型分析

3．5 施工阶段动力特性分析

3．5．1 矮塔斜拉桥施工过程动力特性分析

3．5．2 不对称荷载对结构动力特性的影响分析

3．5．3 桥墩高度对动力特性的影响分析

3．6 本章小结

4 矮塔斜拉桥施工阶段地震反应谱分析

4．1 抗震设防原则

4．2 矮塔斜拉桥场地反应谱

4．3 反应谱地震响应分析

4．3．1 顺桥向地震作用位移和内力响应

4．3．2 横桥向地震作用位移和内力响应

4．3．3 顺桥向加竖向地震作用位移和内力响应

4．3．4 横桥向加竖向地震作用位移和内力响应

4．4 本章小结

5 矮塔斜拉桥施工阶段时程分析

5．1 地震波的选取

5．1．1 本文所选取的地震波

5．2 时程分析和反应谱分析对比

5．2．1 顺雨桥向地震作用

5．2．2 横桥向地震作用

5．2．3 顺桥向加竖向作用

5．2．4 横桥向加竖向作用

5．3 施工阶段控制措施

5．3．1 概述

5．3．2 调谐质量阻尼器

5．3．3 安装TMD后分析结果

5．4 本章小结

6 结论及展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果