斜拉拱式协作体系桥梁动力性能与抗震分析

摘要

随着社会和经济的发展，以及新材料、新工艺的出现，促使人们对桥梁工程的使用性、安全性和美观性提出了更高的要求，同时考虑让单一桥型间的优缺点取长补短，各种协作体系桥梁应运而生。斜拉拱桥是一种新兴的协作体系桥梁，有关该类桥型研究较少。而我国处于世界两大地震带—环太平洋地震带与亚欧地震带—之间，地震灾害频繁发生，且强度较大。桥梁在地震中容易受到破坏，大型桥梁或复杂结构体系桥梁对地震的破坏作用更为敏感。本文研究的工程背景—大连市翔凤河桥—是世界第三座斜拉拱式协作体系桥梁，为无背索斜塔斜拉桥与下乘式异形拱桥协作的桥梁，本文所做工作对补充该类桥型的动力特性和抗震性能研究有非常重要的意义。
　　本文借助有限元软件Midas Civil建立翔凤河桥空间分析模型，下部基础考虑桩土效应，主要工作内容为：计算成桥的振动周期、频率和振型特点，分析该桥动力特性；调整边界条件、主梁刚度、索塔刚度、拱肋混凝土段长度和索塔倾角等参数，研究参数变化对该桥自振特性的影响；比较不同特征值方法的计算结果，进行结构模态质量参与系数分析，保证抗震分析时各主要方向90%以上质量参与系数；根据工程条件生成 E1、E2地震作用下水平、竖向设计反应谱，以 CQC振型组合方法进行结构反应谱分析；正确选择适用地震波，在模型中按三个正交方向输入调整后的 EL-centro地震波，计算时考虑结构 Rayleigh阻尼、采用 Newmark法进行求解，对结构进行一维与多维地震作用下的时程响应分析；对比一维与多维地震作用下的时程响应结果，总结该桥在地震作用下的行为特点；基于结构振动控制设计理念，引入时程响应影响因子概念，对结构进行时程响应参数分析，研究风撑布置、混凝土弹性模量、拱肋混凝土段长度和索塔倾角对该桥结构抗震性能的影响，进行结构振动控制减震对比分析；进行结构抗震验算；通过定义弹塑性材料和纤维铰，对塔梁墩固结位置进行弹塑性时程响应分析。
　　大连市翔凤河桥基频较小，整体刚度较低，横桥向稳定性较差，面内基频和面外基频之比仅为1.8124/0.5038，上下部结构抗震验算能满足抗震设防要求，塔梁墩固结位置未发生塑性破坏。

目录

1绪论

1.1概述

1.2协作体系桥梁国内外发展及研究现状

1.3桥梁抗震性能国内外研究现状

1.4本文的工程背景和研究内容

2斜拉拱式协作体系桥梁动力性能分析

2.1动力性能分析的基本理论与有限元模型建立

2.2斜拉拱式协作体系桥动力特性分析

2.3斜拉拱式协作体系桥自振特性参数分析

2.4小结

3斜拉拱式协作体系桥地震响应分析

3.1斜拉拱式协作体系桥梁反应谱分析

3.2斜拉拱式协作体系桥梁时程分析

3.3小结

4斜拉拱式协作体系桥梁抗震研究

4.1桥梁结构振动控制理论

4.2基于位移控制的斜拉拱桥地震时程响应参数分析

4.3斜拉拱式协作体系桥梁抗震验算

4.4塔梁墩固结位置弹塑性时程响应分析

4.5小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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