高震区高塔结合梁斜拉桥纵向抗震体系优化研究

摘要

随着西部大开发战略的落地实施和“一带一路”的循序推进，中国交通基础建设蓬勃发展，相应地高震区结合梁斜拉桥的抗震设计问题受到愈加广泛的关注。目前针对大跨斜拉桥的抗震研究，多采用基于有限元方法的理论分析，鲜有通过整体或局部构件的模型试验来进一步验证理论分析结果的准确性。 为寻求高震区高塔结合梁斜拉桥合理、有效、可靠的减震措施，本文以基本烈度为Ⅷ度的兰州西固黄河大桥为依托，采用有限元分析与模型试验等手段，对高震区高塔结合梁斜拉桥纵向抗震体系优化问题展开研究。主要研究内容及相应成果为： （1）分析了桥梁震害的机理，并归纳总结了大跨度斜拉桥抗震设计的国内外研究现状，指出了文章的拟解决关键问题及创新点。 （2）在阐述地震响应分析基本理论的基础上，建立了兰州西固黄河大桥SAP2000有限元模型，并进行了自振特性分析。 （3）采用空间有限元模型，探讨了桩-土相互作用和非一致地震激励对中国西北高震区高塔结合梁斜拉桥地震响应的影响规律。结果表明，桩-土相互作用对高震区结合梁斜拉桥关键位置的内力、位移响应有不同程度的影响，分析本斜拉桥的抗震性能时，考虑桩-土相互作用更为合理。当地震波速小于一定数值时，行波效应对高震区结合梁斜拉桥地震响应的影响不可忽视。 （4）采用非线性时程分析方法，对比分析了高塔结合梁斜拉桥不同纵向结构体系的地震响应特点，着重研究了该桥关键位置的内力、位移响应与6500kN大吨位纵向粘滞阻尼器的阻尼参数之间的关系。结果表明，采用阻尼器连接的半飘浮体系更为合理，该体系能同时兼顾斜拉桥的位移和内力响应。对关键位置的内力、位移与阻尼参数关系进行曲面拟合得到二元函数，在约束条件下求二元函数的极值可以求得最优阻尼参数。 （5）设计并制作了1∶1足尺6500kN大吨位的粘滞阻尼器，在意大利帕维亚Eucentre基金会的地震工程与地震学研究实验室，对粘滞阻尼器进行了低速试验、本构关系试验和阻尼系数试验。试验结果表明，粘滞阻尼器力学性能良好，具有较强的消能能力且消能反应的稳定性较好。本构关系试验结果与优化方法得到的阻尼参数结果保持一致，进一步验证了阻尼参数优化方法的正确性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 选题背景和研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 斜拉桥的发展

1.2.2 桥梁震害分析

1.2.3 斜拉桥纵向抗震体系优化的研究现状

1.3 研究目标和研究内容

1.3.1 研究目标

1.3.2 研究内容

1.4 技术路线

1.5 拟解决的关键问题和创新点

1.5.1 拟解决的关键问题

1.5.2 创新点

第2章 高震区高塔结合梁斜拉桥地震分析研究

2.1 工程概况

2.2 抗震设防标准

2.3 地震输入的确定

2.4 地震响应分析的基本理论

2.4.1 静力法

2.4.2 动力反应谱法

2.4.3 动态时程分析法

2.5 有限元模型建立

2.6 自振特性分析

2.7 本章小结

第3章 高震区结合梁斜拉桥地震响应影响因素分析

3.1 关键截面和墩位编号

3.2 桩-土相互作用的影响

3.2.1 桩基础简化模型

3.2.2 动力特性的比较与分析

3.2.3 地震响应影响分析

3.3 非一致地震激励的影响

3.3.1考虑行波效应的地震响应分析方法

3.3.2 行波效应对结合梁斜拉桥地震响应的影响

3.4 本章小结

第4章 高震区高塔结合梁斜拉桥纵向抗震体系优化

4.1 概述

4.2 结合梁斜拉桥不同纵向结构体系的时程分析

4.2.1 斜拉桥纵向结构体系的类型

4.2.2 不同纵向结构体系的时程分析

4.3 结合梁斜拉桥纵向阻尼减震体系的参数分析

4.3.1 粘滞阻尼器的基本原理

4.3.2 粘滞阻尼器阻尼参数分析

4.3.3 阻尼参数的优化

4.4 本章小结

第5章 高震区结合梁斜拉桥粘滞阻尼器的试验验证

5.1 粘滞阻尼器的设计制作

5.2 结合梁斜拉桥粘滞阻尼器试验

5.2.1 低速试验

5.2.2 本构关系试验

5.2.3 阻尼系数试验

5.3 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文

攻读硕士学位期间获得的专利

攻读硕士学位期间参与的项目