波形钢腹板PC连续刚构桥静动力特性分析及抗震研究

摘要

作为新型的钢-混复合结构，波形钢腹板PC组合箱梁桥完美的诠释了钢混组合结构的优良性能，腹板的波折形状与普通混凝土箱梁结构腹板相比，桥梁上部结构重量明显减小，也降低了下部结构的承重[1]。同时还具有较高的预应力效率、较短的施工周期和美观的外形等优势，在法国等欧洲国家发展尤其迅速，在日本也得到很好的应用与研究。目前，该类型的桥梁具有很好的实用性和发展前景，它的应用逐步由简支等截面箱梁向变截面大跨度连续钢构体系发展，结构更加美观，承载力也逐步加强[2]。
　　现有的研究主要是分析该种结构的波形腹板在桥梁的抗弯能力、抗剪切能力及抗扭能力等方面的贡献，波形钢腹板桥梁的有限元分析大多针对于其静力和动力特性的分析，对其抗震性能分析的研究还不多[3]。本文以兰州市小砂沟大桥为工程背景，详细分析了该桥在静力荷载试验的情况下，试验测试结果与有限元计算结果，并通过有限元法评估了该桥梁的工作状况、安全性能及抗震性能，评判其是否符合桥梁运行和维护的设计标准和要求，为后续同类桥梁的建设提供参考依据[4]。
　　本文主要研究的内容包括:
　　(1)描述了波纹钢腹板桥梁的力学性能，并总结了波形钢腹板PC箱梁桥在抗弯性能、抗剪切性能以及抗扭转性能等方面的理论结果。
　　(2)通过小砂沟大桥的静力荷载试验，得出大量桥梁关键部位相关的实验数据，并将其与有限元软件得出的结果进行对比分析，重点分析了小砂沟大桥主桥考核断面的挠度和应力分布，结果表明:小砂沟大桥主桥的变形在规范规定的小变形范围内，最大竖向位移与桥梁跨度比都均小于规范规定的1/600，位移校验系数满足一般不大于1的要求;控制截面实测应力值变化规律和理论分析基本吻合。
　　(3)利用有限元软件对小砂沟大桥进行动力特性分析、模态分析和抗震分析，获得其自振频率、振型以及地震动效应。采用反应谱法和动态时程分析法对该桥在E1地震作用下的地震响应结果进行分析。其中，采用规范加速度反应谱法的输入桥谱曲线，分别就桥梁的顺桥向、横桥向及竖向作用下得到了该桥在位移及内力地震响应的一般规律;动态时程分析法则采用E1-Centro波、Taft波以及由规范反应谱拟合而成的人工波对该桥进行时程反应分析，通过比较两种分析的结果进而得出该桥抗震设计的合理性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 波形钢腹板PC连续刚构桥的研究背景

1．2 波形钢腹板PC连续刚构桥的技术特点

1．2．1 波形钢腹板PC连续刚构桥的技术优势

1．2．2 波形钢腹板PC连续刚构桥的不足之处

1．3 波形钢腹板PC连续刚构桥的研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 本论文研究的主要内容

2 波形钢腹板PC箱梁桥的受力性能

2．1 抗弯性能分析

2．1．1 波形钢腹板的变形及轴向刚度

2．1．2 抗弯刚度与拟平截面假定

2．1．3 体外预应力的二次效应和应力增量

2．2 抗剪分析

2．2．1 波形钢腹板的有效剪切模量

2．2．2 剪切屈曲验算

2．3 抗扭性能分析

2．4 本章小结

3 波形钢腹板PC连续刚构桥静力分析

3．1 桥梁概况

3．1．1 主桥结构形式及尺寸

3．1．2 设计技术标准

3．1．3 材料属性

3．2 有限元模型的建立

3．2．1 有限元法概述

3．2．2 有限元模型的建立

3．3 静载试验分析

3．3．1 桥梁静载试验的基本原理

3．3．2 试验荷载

3．3．3 测试部位及测点布置

3．3．4 加载方式及试验规定

3．3．5 静载试验测试结果及分析

3．4 本章小结

4 波形钢腹板PC连续刚构桥动力特性及抗震分析

4．1 结构动力特性的分析方法

4．1．1 结构动力分析理论

4．1．2 结构动力有限元及特征值的求解

4．2 有限元模型的建立

4．3 自振特性分析

4．4 反应谱分析

4．4．1 反应谱的概念

4．4．2 反应谱分析振型组合方法

4．4．3 小砂沟大桥桥谱曲线

4．4．4 全桥反应谱分析

4．4．5 反应谱分析主要结果

4．5 时程分析

4．5．1 时程分析的基本概念

4．5．2 时程分析的计算方法

4．5．3 地震动加速度时程的选取

4．5．4 小砂沟大桥主桥时程分析

4．6 本草小结

5 结论与展望

5．1 本文主要研究工作和结论

5．2 对进一步研究工作的展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果