大跨度悬索桥抗震分析中几个问题的讨论

摘要

为了使桥塔能够在强震下基本保持弹性，悬索桥通常采用全漂浮和半漂浮的隔震体系来减小地震反应。这两种体系将会导致相当大的梁端位移，梁端的过大位移可能会导致主梁与引桥的碰撞、落梁等事故，给大桥的整个安全性造成威胁。地震动空间变异性（场地效应、行波效应、相干效应）对于桥梁地震响应的影响是当今研究的一个热点。桩土相互作用在抗震计算中不可忽略，半无限空间地震动人工边界在桩土相互作用上的研究还比较少。
　　 为了研究以下几点:粘弹性人工边界法在桩土相互作用上的实现，桩土相互作用对大桥自振特性和地震响应的影响;大桥主梁与引桥梁间碰撞和行波效应对桥梁地震响应的影响;最优非线性阻尼器的选择，及其对大桥地震响应的影响。
　　 采用大型通用有限元软件Midas Civil建立有限元模型，土体采用实体单元模拟，地震动从实体单元边界节点输入。阻尼器、碰撞单元均采用软件自带的内力模型，对其进行参数敏感性分析。采用大质量法考虑行波效应，分析不同视波速下行波效应对大桥地震响应的影响。对于大跨度悬索桥，用于分析的结构响应主要包括:梁端位移、塔底剪力、塔底弯矩、阻尼力、碰撞力等。
　　 研究分析结果显示:
　　 (1)大跨度悬索桥主要以长周期振动为主，采用固结模型进行抗震设计偏于安全，采用粘弹性人工边界法时则相反，m法是一个比较好的选择。
　　 (2)考虑引桥梁与主梁间的碰撞后，主梁与引桥梁间的相对位移、引桥墩内力明显减小。碰撞刚度和恢复系数对于碰撞响应有很大的影响，合理的恢复系数应通过实验确定，碰撞初始间隙是一个不确定的影响因素。
　　 (3)桥址的地质情况良好，对大桥进行行波效应分析后发现可不用考虑行波效应对其影响。
　　 (4)粘滞性阻尼器的减震效果主要体现在对梁端位移的控制和主塔内力的减小。最优阻尼器参数C=2000kN(sec/m)ξ，阻尼指数ξ=0.2～0.4，单个阻尼器的额定阻尼力可取为2250kN。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 地震

1．2 地震波与地震动

1．2．1 地震波

1．2．2 地震动

1．3 我国地震分布

1．4 桥梁震害

1．4．1 上部结构震害

1．4．2 下部结构震害

1．4．3 基础震害

1．5 悬索桥抗震设计原则

1．6 课题研究的意义

1．7 课题研究内容和拟解决的关键问题

1．7．1 研究内容

1．7．2 拟解决的关键问题

1．7．3 拟采取的研究方法、技术路线

第2章 桥梁地震反应分析方法简介

2．1 结构动力学概念

2．1．1 结构地震动方程

2．1．2 结构动力特性

2．2 桥梁结构地震反应分析方法

2．2．1 静力法

2．2．2 动力反应谱法

2．2．3 时程分析法

第3章 有限元模型建立

3．1 工程概况

3．2 悬索桥动力计算有限元模型建立

3．2．1 主缆弹性模量修正

3．2．2 边界条件

3．2．4 板式橡胶支座

3．3 m法简述

3．4 粘弹性人工边界法

3．5 桩土相互作用对自振特性影响

3．5．1 基本理论

3．5．3 特征向量法和Ritz向量法

3．5．4 特征值分析结果

3．6 本章小结

第4章 桩土相互作用对大桥地震响应的影响

4．1 场地地震安全评价

4．2 结构阻尼确定

4．3 地震波选取

4．4 一致激励下大桥地震动时程分析

4．5 本章小结

第5章 纵向地震碰撞对大桥地震响应的影响

5．1 前言

5．2 碰撞计算模型

5．3 碰撞反应初步分析

5．3．1 碰撞单元参数计算

5．3．2 初步分析

5．4 碰撞反应参数敏感性分析

5．4．1 碰撞刚度的影响

5．4．2 恢复系数的影响

5．4．3 碰撞初始间隙的影响

5．5 本章小结

第6章 行波效应对大桥地震响应的影响

6．1 前言

6．2 基本分析理论

6．2．1 拟静力法(强迫振动法)

6．2．2 大刚度法

6．2．3 大质量法

6．3 Midas Civil中计算行波效应方法比选

6．4 地震动输入

6．5 地震响应分析

6．6 本章小结

第7章 阻尼器对于大桥地震响应的影响

7．1 前言

7．2 液体粘滞阻尼器

7．3 阻尼器参数敏感性分析

7．3．1 敏感性分析

7．3．2 减震效果分析

7．4 本章小结

结论与展望

结论

展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果