峡谷地区带地锚索的少塔悬索桥地震响应研究

摘要

悬索桥是一种充分适应地形的结构形式，可根据桥址处的地形省去一个或全部桥塔形成少塔悬索桥，此时山体发挥了桥塔的作用，但其理论研究和工程实践均较少。这类结构加劲梁长度小于跨度，无吊索区附近的端吊索容易松弛，端吊索和梁端杆件应力幅较大，支座负反力较大，合理布置地锚索可有效解决该问题。桥址处多为峡谷，其地震动与平坦地面有较大差异，这将表现在结构地震响应中。在一些突发情况下构件失效可能引发结构失效，为应对这一情况就需要对构件失效模式以及损伤状态下的结构性能有所了解。
　　本文结合其结构特点，重点讨论了地锚索的合理参数、峡谷对地震响应的影响、完好状态和损伤状态下悬索桥的地震响应。首先利用桥梁非线性分析软件BNLAS建立全桥空间有限元模型，分析了无地锚索时存在的问题，通过参数分析得到了地锚索间距、初张力、面积对布置效果的影响规律，并以主缆次应力作为参考指标，确定了合理的地锚索参数;然后利用ANSYS基于粘弹性边界理论对比了峡谷地震动和水平地震动，得到了P波、SV波垂直入射时峡谷对地震动的影响规律，用ANSYS建立全桥空间有限元模型，将支承点时程参数用于非线性时程分析，计算对比了纵向、竖向、E1地震作用下的结构响应;最后基于能量观点计算吊索重要系数，通过对单根吊索的失效分析确定了结构连续破坏的控制因素，计算得到不同失效模式下吊索的容许失效根数，并对损伤状态下的通行能力和地震响应作了分析，提出了保证结构安全的可行建议。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 少塔缆索承重桥梁简介

1．2 研究背景、内容、目的及意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 悬索桥无吊索区地锚索研究现状

1．3．2 局部地形对地震响应的影响

1．3．3 悬索桥多点激励研究现状

1．4 研究方法

第2章 地锚索的合理参数研究

2．1 引言

2．2 无地锚索计算结果分析

2．2．1 主缆、加劲梁竖向位移

2．2．2 主缆次应力

2．2．3 吊索应力及应力幅

2．2．4 加劲梁应力及应力幅

2．2．5 支座反力

2．3 地锚索顺桥向布置形式及间距分析

2．4 地锚索初张力分析

2．5 地锚索面积分析

2．6 本章小结

第3章 峡谷地震动的数值模拟方法

3．1 引言

3．2 线弹性土层的稳态地震反应

3．3 集中粘弹性人工边界

3．4 人工边界处的等效荷载

3．4．1 平面P波斜入射

3．4．2 平面地震波垂直入射

3．5 连续介质离散化数值模拟的精度和实用离散准则

3．6 位移激励的原理与实现

3．6．1 单自由度体系支座运动时的运动方程

3．6．2 多自由度体系支座运动时的运动方程

3．7 本章小结

第4章 峡谷对地震响应的影响

4．1 引言

4．2 峡谷对地震动的影响

4．2．1 地震波选取

4．2．2 峡谷模型

4．2．3 P波垂直入射

4．2．4 SV波垂直入射

4．2．5 频谱特征的变化

4．3 峡谷对地震响应的影响

4．3．1 有限元模型简介

4．3．2 结构动力特性

4．3．3 竖向地震作用

4．3．4 纵向地震作用

4．3．5 E1地震作用

4．4 本章小结

第5章 部分吊索失效时悬索桥的地震响应

5．1 引言

5．2 吊索失效模拟方法

5．3 吊索失效模式分析

5．3．1 关键构件的确定

5．3．2 单根吊索失效的影响

5．3．3 失效模式分析

5．4 损伤状态下的通行能力

5．5 损伤状态下的地震响应

5．6 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间参与的工程项目