双塔混凝土自锚式悬索桥地震响应规律与隔震措施研究

摘要

双塔混凝土自锚式悬索桥作为一种特殊的桥梁结构形式，近十年里在我国得到了快速发展。目前关于此类结构动力性能的研究集中在结构参数对动力特性的影响上，对于结构地震响应规律尚缺乏足够的认知，如何采用隔减震技术提高结构的抗震性能，建立相应的设计方法是该结构推广使用面临的问题。本文以南京小龙湾大桥为工程背景，研究了双塔混凝土自锚式悬索桥的地震响应规律，探讨了隔震结构的地震响应与减震效果。本文的主要工作和成果如下:
　　(1)对结构动力特性及其影响因素进行研究表明，结构的基频较小，属于柔性结构，恒载、加劲梁竖向刚度和主缆刚度的变化对结构的低阶频率影响较大;自锚式悬索桥由于塔顶位移约束程度较弱以及主梁承受主缆传来的水平分力，减小了结构体系的刚度，因而比相同结构参数的地锚式悬索桥的振动频率小。
　　(2)采用反应谱法和时程分析法研究结构的地震响应规律，结果表明，在顺桥向+竖向地震作用下，与主梁铰接的主塔是结构抗震设计的关键，其变形呈剪切型，内力在下横梁处有突变，与主梁链接的主塔变形呈弯曲型，内力响应变化均匀;在横桥向+竖向地震作用下，双塔的响应趋势相同，内力在下横梁处有突变，塔底内力值最大。
　　(3)研究了塔梁支座处约束方式、地震波频谱特性和行波效应对结构地震响应的影响，结果表明，半漂浮体系的基频低，主梁的弯矩和竖向位移响应小，顺桥向位移大，主塔的变形增大，主塔设计内力减小;双塔混凝土自锚式悬索桥地震响应中主梁二阶对称竖弯振动和主塔横桥向振动的贡献较大，塔底内力响应随水平视波速的变化存在一定的振荡现象。
　　(4)将铅芯橡胶隔震支座和摩擦摆隔震支座分别应用于结构中，对隔震结构进行了参数敏感性分析，研究了优化隔震结构的隔震效果。结构表明，隔震结构基频减小，基频随铅芯橡胶隔震支座水平等效刚度的增加而增大，随摩擦摆隔震支座曲率半径的增加而减小;在顺桥向+竖向地震作用下，隔震结构的主塔和主梁顺桥向位移增加，与主梁铰接的主塔内力减小，与主梁链接的主塔内力增加，隔震结构改变了原结构主要由单一主塔承担地震作用的不利状况，减小了主塔的抗震设计内力;在横桥向+竖向地震作用下，主塔塔顶位移和塔底内力均减小，塔（墩）梁支座处相对位移增大。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 混凝土自锚式悬索桥的发展现状

1．2．1 国外混凝土自锚式悬索桥

1．2．2 国内混凝土自锚式悬索桥

1．3 双塔混凝土自锚式悬索桥动力特性和地震响应研究进展

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 双塔混凝土自锚式悬索桥隔减震研究进展

1．5 本文的主要研究内容

第二章 双塔混凝土自锚式悬索桥有限元建模研究

2．1 引言

2．2 工程概况

2．3 南京小龙湾大桥有限元模拟

2．3．1 桥面系的模拟

2．3．2 主塔的模拟

2．3．3 主缆和吊索的模拟

2．3．4 边界约束条件的模拟

2．4 有限元模型成桥状态的验证

2．5 本章小结

第三章 双塔混凝土自锚式悬索桥动力特性及其影响因素研究

3．1 引言

3．2 南京小龙湾大桥动力特性分析

3．3 模型基于应变能的各振型阻尼比

3．4 结构参数变化对动力特性的影响

3．4．1 恒载变化对动力特性的影响

3．4．2 加劲梁刚度变化对动力特性的影响

3．4．3 主塔刚度变化对动力特性的影响

3．4．4 主缆刚度变化对动力特性的影响

3．4．5 吊索刚度变化对动力特性的影响

3．5 本章小结

第四章 双塔混凝土自锚式悬索桥地震响应及其影响因素研究

4．1 引言

4．2 地震响应反应谱分析研究

4．2．1 反应谱的确定

4．2．2 主梁地震响应规律研究

4．2．3 主塔地震响应响应规律研究

4．2．4 缆索系统地震响应规律研究

4．3 地震响应时程分析研究

4．3．1 地震波的选取

4．3．2 主梁地震响应规律研究

4．3．3 主塔地震响应规律研究

4．3．4 缆索系统地震响应规律研究

4．4 地震响应影响因素研究

4．4．1 塔梁连接处支座约束方式对结构地震响应的影响研究

4．4．2 地震动特性对地震响应的影响研究

4．5 本章小结

第五章 双塔混凝土自锚式悬索桥隔震措施研究

5．1 引言

5．2 铅芯橡胶隔震支座隔震效果研究

5．2．1 铅芯橡胶隔震支座的工作原理与等效模型

5．2．2 采用铅芯橡胶隔震支座的隔震方案研究

5．2．3 支座参数变化对结构地震响应影响的敏感性研究

5．2．4 支座参数优化结构的隔震效果研究

5．3 摩擦摆隔震支座隔震效果研究

5．3．1 摩擦摆隔震支座工作原理与等效模型

5．3．2 采用摩擦摆隔震支座的隔震方案研究

5．3．3 支座参数变化对结构地震响应影响的敏感性研究

5．3．4 支座参数优化结构的隔震效果研究

5．4 本章小结

第六章 全文总结与展望

6．1 全文总结

6．2 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及科研成果