拱桥在多维多点地震激励下的动力反应分析

摘要

拱桥上部结构主要承受压力，可以充分利用抗拉性能较差而抗压性能较好的圬工材料(石料、混凝土、砖等)来建造拱桥，拱桥以其经济、美观、得到人们的喜爱，拱桥结构形式的特点决定了它对地震动反应比较灵敏，但目前拱桥的抗震理论还只限于水平一致地震激励分析，拱桥在多维多点激振下的反应亟待研究。本文旨在研究多维多点地震激励下拱桥的受力性能，为拱桥工程抗震设计提供理论依据。 针对现有拱桥研究拱桥抗震体系构成，并研究各种拱桥结构的结构特点、受力性能，并提出结构建模方法。 利用MATLAB语言针对拱桥结构研制有限元程序.程序可进行拱桥结构在多维多点地震动作用下的受力性能分析.程序采用纽马克β数值解法，并通过大型通用有限元软件ANSYS进行验证，程序采用考虑剪切变形的空间梁单元、空间杆单元对拱桥结构进行研究。 通过分析转动分量与平动分量输入时的差别，并考虑场地转动的影响，提出了比较切合实际的扭转分量输入的动力模型，给出了此模型的计算方法；根据Newmark提出的转动分量公式由水平地震波时程值得到了转动地震动分量的时程值；运用自编有限元程序对此模型与一般多支承输入模型进行时程分析，并对结果进行了分析比较。 通过算例分别进行顺桥向、横桥向、转动地震动输入下的地震反应分析和研究，对计算结果进行分析、比较，得出结论并提出建议。 对大跨钢管混凝土拱桥进行动力特性分析及其在地震动作用下的反应，并针对其跨度大的特点对其进行行波效应分析，通过算例分别进行考虑行波效应影响和不考虑行波效应影响下的地震反应分析，最后得出结论，提出意见和建议。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1.引言

1.2近年来地震中的桥梁破坏

1.2.1震害分析

1.2.2桥梁震害的教训及启示

1.3地震多点激振研究现状及存在的问题

1.3.1研究现状

1.3.2存在的问题

1.4本文研究的目的和内容

第二章拱桥结构体系

2.1一种古老又年轻的桥梁型式

2.2我国拱桥取得的辉煌成就

2.3拱桥的类型

2.3.1.木拱桥

2.3.2石拱桥

2.3.3双曲拱桥

2.3.4箱型截面钢筋混凝土拱桥

2.3.5钢筋混凝土肋拱桥

2.3.6钢筋混凝土桁架拱桥

2.3.7钢筋混凝土组合式桁架拱桥

2.3.8钢筋混凝土刚架拱桥

2.3.9钢拱桥

第三章拱桥结构有限元动力方程的建立

3.1拱桥动力计算模型的选取

3.2拱桥动力运动微分方程式的建立[24]

3.3多点激振下桥梁结构的运动方程

3.4建立有限元动力方程的步骤

3.5空间梁单元刚度矩阵

3.5.1几何方程

3.5.2物理方程

3.5.3平衡方程

3.6空间梁单元质量矩阵

3.7空间梁单元刚度矩阵的坐标变换

3.8空间杆单元的刚度矩阵(含几何刚度矩阵)

3.9空间杆单元的质量矩阵

3.10空间杆单元坐标转换矩阵[T]

3.11阻尼矩阵[C]

第四章拱桥结构动力分析程序的研制与实现

4.1运动微分方程的数值解法

4.2特征值问题

4.3程序的实现

4.4程序的验证

第五章转动地震动分量对拱桥的作用效应

5.1地震动转动分量的研究现状

5.1.1概述

5.1.2转动分量的弹性波动理论法

5.2地震动输入时程的确定

5.3转动地震动输入动力计算模型研究

5.3.1动力计算模型的提出

5.3.2算例分析比较

5.3.3结论及建议

5.4水平地震波与转动地震波算例分析比较

5.4.1算例分析模型

5.4.2分析结果

5.4.3结论及建议

第六章大跨混凝土拱桥的行波效应

6.1钢管混凝土结构的研究与发展状况

6.2大跨度钢管混凝土拱桥多点激振及行波效应

6.3算例分析

6.3.1大桥简介

6.3.2动力计算模式

6.3.3分析结果比较

6.4结论

第7章结论

7.1本文主要研究成果

7.2有待进一步研究的问题

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果