高墩大跨度曲线连续刚桥优化设计及其地震响应时程分析

摘要

高墩大跨度曲线连续刚构桥是随着我国高速公路向山区发展开始出现的。近年来随着修建跨度的增大、桥墩的增高、曲率的减小，大跨高墩曲线连续刚构桥应用范围更广泛，必将给山区道路选线增加更大的自由度，有着广阔的发展前景。 本文以贵州沙银沟大桥为依托工程，采用空间梁单元建立原设计方案的参数化模型，主要完成了全桥的优化设计、模态分析和地震动时程响应分析等工作。建立了多个模型分析优化设计和桩土相互作用对桥梁结构的自振特性和地震响应的影响，得出了一些合理的结论。主要研究内容可以归结为： 1.根据原设计方案，以截面基本尺寸为设计变量，以挠度和应力作为约束条件，建立以全桥造价最优为目标函数的参数化设计模型。 2.采用桥梁三维预应力分析系统软件BridgeKF，初步研究了横竖向预应力对高墩大跨度曲线连续刚构桥受力的影响，并在此基础上提出了横竖向预应力的优化方法。 3. 考虑优化前后和桩土相互作用的影响，建立四种模型分别进行模态分析并做比较。 4.考虑两种地震动输入模式进行比较分析，得出一些合理的结论。 5.分别对四种模型进行地震动反应时程分析，给出了优化设计前后的位移和内力包络图，并分析了桩土相互作用对桥梁地震响应的影响。通过以上工作希望能对活性粉末混凝土材料应用于高墩大跨度曲线连续钢构桥有所帮助，同时对这类桥型的抗震设计提供一定的参考。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1最优化设计概况及其发展动态

1.1.1最优化设计概况

1.1.2最优化设计发展动态

1.2活性粉末混凝土的技术性能及其发展动态

1.3曲线梁桥国内外研究概况及其发展现状

1.4高墩大跨度曲线连续刚构桥的抗震设计现状

1.5本文的研究内容和研究方法

1.5.1问题的提出

1.5.2研究方法

参考文献

第二章最优化设计理论和研究方法

2.1概述

2.2最优化设计理论

2.2.1常用的技术术语

2.2.2优化设计方法的分类

2.2.3主要优化设计方法简介

2.3基于ANSYS的结构优化设计方法

2.4本章小结

参考文献

第三章高墩大跨曲线连续刚构桥优化设计及其稳定性分析

3.1贵州沙银沟大桥工程概况

3.2沙银沟大桥主桥优化设计模型的建立

3.2.1设计变量的选取

3.2.2约束条件的选取

3.2.3目标函数的选取

3.3沙银沟大桥主桥参数化有限元模型的建立

3.3.1有限元建模标准

3.3.2单元的选取

3.3.3预应力的实现

3.3.4荷载的确定

3.3.5计算模型

3.4沙银沟大桥优化结果分析

3.5沙银沟大桥稳定性分析

3.5.1稳定问题的分类及计算方法

3.5.2稳定性分析结果

3.6本章小结

参考文献

第四章高墩大跨度曲线连续刚构桥自振特性分析

4.1多自由度结构有限元运动方程的建立

4.2土与结构的相互作用

4.3贵州沙银沟大桥白振特性的计算分析

4.3.1多自由度体系的结构动力特性计算

4.3.2模态分析的结果

4.4本章小结

参考文献

第五章高墩大跨度曲线连续刚构桥地震反应的时程分析

5.1 ANSYS中进行地震时程分析的三种方法

5.2桥梁结构线性振动响应分析的计算方法

5.3阻尼矩阵的形成

5.4地震动输入的选取方法和输入模式比较分析

5.4.1地震波的选取

5.4.2地震动输入模式

5.5贵州沙银沟大桥地震波的选取

5.6计算结果分析

5.6.1地震动输入模式比较分析

5.6.2时程分析计算结果分析

5.7本章小结

参考文献

第六章总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

附录