辅助墩拉压支座对某高低塔斜拉桥动力特性和地震响应的影响

摘要

斜拉桥是多次超静定的复杂结构，在边跨内设置一些中间辅助墩，可以缓和端锚索的应力集中或减少边跨主梁弯矩，增大桥梁的总体刚度。目前，大部分斜拉桥都设有辅助墩，一般情况下，静力作用下设置辅助墩能减小主梁和索塔的内力和变形，对结构有利。但在其施工和运营阶段，辅助墩顶都有可能出现负反力，这种情况常通过设置拉压支座来解决。拉压支座起到了改善结构受力状态的关键性作用，而拉压支座一旦失效，将会危及桥梁结构安全。现有文献多从静力方面研究拉压支座的相关问题，而从动力方面研究较少。本文以某高低塔斜拉桥为工程背景，应用有限元程序MIDAS分析了辅助墩拉压支座对斜拉桥动力特性和地震响应的影响，为今后设计提供参考。主要做了以下几个方面的工作:
　　 (1)综述了斜拉桥动力学分析理论，详细阐述了动力学问题的有限元数值解法，探讨了斜拉桥有限元动力模型各部分构件的模拟方法，并以某高低塔斜拉桥为工程背景构建了辅助墩拉压支座正常工作、拉力失效与完全失效三种情况下的有限元动力模型。
　　 (2)对比分析上述三种情况下结构的自振特性，可以得到:基本振型均为主梁纵飘且基频依次减小;拉压支座对索塔的横向弯曲影响很小;拉压支座完全失效时显著降低了结构主梁的竖向刚度，即抗竖向变形能力降低;拉压支座正常工作时还可提高主梁抗扭刚度;拉压支座拉力失效后，辅助墩与主梁的之间可能会出现脱空现象，因此，在拉压支座设计和施工时应予注意。
　　 (3)采用反应谱法对比分析了拉压支座正常工作与完全失效两种情况下斜拉桥结构分别在纵桥向、横桥向和竖桥向施加地震反应谱的地震响应。分析结果表明:拉压支座正常工作与完全失效时相比，高塔塔顶位移和地震内力均增大，而对斜拉桥结构的横桥向的地震响应影响较小。
　　 (4)采用动力时程分析法对比分析拉压支座正常与完全失效两种情况下斜拉桥结构分别在纵桥向、横桥向和竖桥向施加荷载的地震响应。对比分析了反应谱法和动力时程法两种方法的关键地震响应。结果表明:拉压支座对斜拉桥地震反应的影响有利有弊，在工程设计中，应利用一些抗震或减震措施来减小不利的影响;两种分析方法的地震响应变化趋势基本一致，故均可为工程抗震设计提供参考。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 问题的提出

1．2 本文课题研究的国内外的研究现状

1．2．1 桥梁动力特性分析的意义和研究现状

1．2．2 辅助墩拉压支座对斜拉桥动力特性及地震反应分析的研究现状

1．3 本文主要研究内容

第二章 拉压支座对高低塔斜拉桥动力特性的影响分析

2．1 斜拉桥结构动力学分析概述

2．1．1 斜拉桥动力特性分析的内容与方法

2．1．2 斜拉桥的动力学特点

2．2 斜拉桥结构动力学的理论解析法

2．3 桥梁结构动力学的有限元数值分析法

2．3．1 有限元数值分析法概述

2．3．2 有限元分析方法的基本步骤

2．4 动力特性的计算模型

2．4．1 工程简介

2．4．2 建立动力模型的基本原则

2．4．3 动力分析模型的建立

2．5 辅助墩拉压支座对高低塔斜拉桥自振特性的影响结果

2．5．1 辅助墩拉压支座正常时自振特性分析

2．5．2 辅助墩拉压支座拉力失效时自振特性分析

2．5．3 辅助墩拉压支座完全失效时自振特性分析

2．5．4 自振特性分析结果对比

2．6 本章小结

第三章 反应谱分析拉压支座对斜拉桥地震作用的影响

3．1 反应谱分析理论

3．1．1 反应谱法概述

3．1．2 反应谱法地震作用计算方法

3．2 反应谱分析辅助墩拉压支座影响

3．2．1 纵桥向振动分量的影响分析

3．2．2 横桥向振动分量的影响分析

3．2．3 竖桥向振动分量的影响分析

3．3 本章小结

第四章 动力时程分析拉压支座对斜拉桥地震作用的影响

4．1 动力时程分析理论

4．1．1 动力时程分析法概述

4．1．2 时程反应分析的计算原理

4．1．3 动力时程分析法的基本步骤

4．1．4 时程分析阻尼矩阵

4．1．5 地震波的选取

4．2 一致激励地震反应时程分析辅助墩拉压支座影响

4．2．1 纵桥向输入

4．2．2 横桥向输入

4．2．3 竖桥向输入

4．3 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录