桥墩动力特性分析及基础约束刚度动力识别方法研究

摘要

相对于桥梁上部结构主梁或其他结构而言，桥墩刚度参数的识别比较复杂，其施工质量控制和病害诊断也更显困难。本文根据系统工程的思想，将基础与土的共同作用当做一个系统，系统的出口即是基础对桥墩底部的约束刚度。以Rayleigh能量法和Southwell频率合成法为基础，深入研究不同基础类型的桥墩结构在墩顶附加质量作用下其自振基频与墩基约束刚度参数之间的关系，将桥墩结构的基频用桥墩相关参数的显式来表示。将桥墩基频表示成各惯性元和复原元所组成子系统的频率合成，其中惯性元为桥墩自身分布质量、墩顶附加质量和基础质量，复原元为基础的约束刚度、桥墩的弯曲和剪切刚度。分析了墩顶附加质量、基础约束刚度、变截面系数、基础转动惯量、剪切变形和盖梁刚度等因素对桥墩自振基频的影响，并同时建立杆系结构有限元模型进行了对比。结果表明，本文建立的桥墩复合振动基频计算公式具有较高的精度，能满足工程需要。 在桥墩动力特性分析的基础上，研究了只在无载特征值试验测定结构基频的情况下初步估计基础约束刚度最小值的方法，以及平动刚度和转动刚度之间的关系。在此基础上建立了一种桥墩基础约束刚度识别的动力分析方法。该方法是利用结构基频和基础约束刚度之间的显示表达式，改变墩顶集中质量，然后测出墩项不同质量情况下的桥墩自振频率，建立联立方程对墩基平动和转动约束刚度进行识别，对桥墩和基础的施工质量进行检测和评定。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1选题的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1基础约束刚度识别方法研究现状

1.2.2结构动力特性分析研究现状

1.3本文的研究思路

第二章桥墩动力特性分析基础

2.1 Rayleigh能量原理

2.2 Southwell频率合成法

2.3悬臂梁横向振动基础

2.4刚性地基桥墩基频近似计算

2.4.1回归分析法

2.4.2 Rayleigh能量法

2.4.3回归分析法、Rayleigh能量法与有限元法结果对比分析

2.5小结

第三章 墩顶无弹性约束桥墩动力特性研究

3.1桥墩基础的模拟

3.2独柱墩复合振动基频计算

3.2.1等截面独柱墩复合振动基频计算公式的推导

3.2.2算例分析

3.2.3基础转动惯量的影响

3.2.4桥墩剪切变形的影响

3.3墩顶无弹性约束的变截面桥墩复合振动基频计算

3.3.1计算公式推导

3.3.2变截面系数影响算例

3.4双柱墩复合振动基频计算

3.4.1计算公式推导

3.4.2算例分析

3.4.3盖梁刚度的影响

3.5 小结

第四章 受桥梁约束的桥墩复合振动基频研究

4.1 墩顶弹性约束桥墩计算模型的简化

4.2受桥梁约束的等截面墩复合振动基频计算

4.2.1计算公式推导

4.2.2算例分析

4.3墩顶弹性约束变截面墩复合振动基频计算

4.3.1计算公式推导

4.3.2算例分析

4.4 小结

第五章 桥墩基础约束刚度识别方法研究

5.1桥墩自振频率的测试

5.1.1桥墩自振特性

5.1.2桥墩动载试验的激振方法

5.1.3桥梁动载试验的测试内容

5.2桥墩基础约束刚度的定义

5.3基础约束刚度预估方法研究

5.3.1由固有频率估算基础约束刚度

5.3.2算例分析

5.4基础约束刚度识别的动力分析方法

5.4.1方法介绍

5.4.2算例分析

5.5 小结

第六章结论和展望

6.1本文研究的结论

6.2本文的不足及展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目及论文发表情况