多塔部分斜拉桥静力行为及抗震性能研究

摘要

部分多塔斜拉桥是一种介于连续梁桥与常规多塔斜拉桥之间的新型桥梁结构。该类桥梁主要特点:主梁刚度大、桥塔高度较矮、斜拉索集中;具有良好的结构特性和经济效益。因此，是一种极具竞争优势的桥梁，具有广泛的前景。本文以实际工程为背景，对多塔部分斜拉桥的静力行为及抗震性能进行了研究，主要研究内容及结论如下:　　1.以某部分斜拉桥为工程背景，利用有限元软件Midas civil建立了空间模型，并对其合理成桥状态进行了研究。　　2.通过改变梁墩塔的支承条件建立了五种不同的结构体系，模型1:全部塔梁塔墩固结;模型2:中塔、次边塔梁墩塔固结，边塔墩塔固结而梁铰支承;模型3:中塔梁墩塔固结，次边塔、边塔墩塔固结而梁铰支承;模型4:中塔、次边塔梁墩塔固结，边塔梁塔固结而墩塔分离;模型5:中塔梁墩塔固结，次边塔、边塔梁塔固结而墩塔分离，分析了这5种结构体系的力学行为，主要得出如下结论:　　1)在公路-Ⅰ级车道荷载作用下，全部塔梁塔墩固结的次边跨跨中挠度、中跨跨中挠度、边塔塔顶水平位移、次边塔塔顶水平位移、中塔塔顶水平位移较其他四种模型相比均为最小;但是，在温度荷载作用下，该体系的次边跨跨中挠度、边塔塔顶水平位移均为最大。　　2)在温度荷载作用下，全部塔梁塔墩固结的桥端水平位移比其他4种模型较小，而边塔塔顶纵向水平位移比其他四种模型较大;中塔、次边塔梁墩塔固结，边塔梁塔固结而墩塔分离的次边跨跨中挠度、中跨跨中挠度最小，中塔梁墩塔固结，次边塔、边塔梁塔固结而墩塔分离体系的相应值次之。　　3)模型2、3在活载作用下各跨跨中挠度与各塔塔顶水平位移均小于模型4、5的相应值，而温度荷载作用下的中跨跨中弯矩小于模型1的相应值;因此，从减小活载位移与降低温度内力两方面考虑，在实际工程中，中塔、次边塔梁墩塔固结，边塔墩塔固结而梁铰支承和中塔梁墩塔固结，次边塔、边塔墩塔固结而梁铰支承这两种结构体系更为有利。　　3.分析比较了模型1:全部塔梁塔墩固结体系和模型2:中塔、次边塔梁墩塔固结，边塔墩塔固结而梁铰支承体系其前十阶的自振频率和振型图，主要得到的结论如下:　　1)模型1的一阶主梁对称竖弯对应的频率为0.684191HZ，一阶主梁反对称竖弯对应的频率为0.578459HZ,模型2的一阶主梁对称竖弯对应的频率为0.538518HZ，一阶主梁反对称竖弯对应的频率为0.435170HZ;模型1的一阶主梁对称竖弯对应的频率比模型2大18.3％，模型1的一阶主梁反对称竖弯对应的频率比模型2大10.3％。　　2)两种体系的前10阶振型均没有出现扭转，且主梁以竖弯为主。　　4.基于反应谱法和时程分析法分析了5种支承体系的地震响应。得出的结论如下:　　1)两种分析方法得到的塔顶顺桥向位移值均远远大于竖向位移，因此在抗震设计时，应着重考虑塔的抗震设计;在地震作用下，5种结构体系的两侧次边塔内力始终处于较大水平，因此在实际工程中应给予足够的重视。　　2)模型3（中塔梁墩塔固结，次边塔、边塔墩塔固结而梁铰支承）比模型2（中塔、次边塔梁墩塔固结，边塔墩塔固结而梁铰支承）地震响应更小。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1．概述

1．2．部分斜拉桥国内外发展现状

1．2．1．部分斜拉桥国外发展现状

1．2．2．部分斜拉桥国内发展现状

1．3．部分斜拉桥的研究状况

1．3．1．部分斜拉桥静力行为研究状况

1．3．2．部分斜拉桥抗震性能研究状况

1．4．部分斜拉桥的特点

1．5．研究问题的提出及主要研究内容

1．5．1．研究问题的提出

1．5．2．本文主要研究内容

第2章多塔部分斜拉桥的合理成桥状态研究

2．1．合理成桥状态理论研究

2．1．1．合理成桥状态的控制目标

2．1．2．确定斜拉桥合理成桥状态的方法

2．1．3．成桥索力优化方法的对比

2．2．工程概况

2．2．1．工程简介

2．2．2．主桥设计概况

2．3．有限元模型

2．4．确定部分多塔斜拉桥合理成桥状态

2．4．1．弯曲能量最小法的应用

2．4．2．索力优化结果分析

2．5．本章小结

第3章多塔部分斜拉桥静力行为研究

3．1．多塔部分斜拉桥刚度分析

3．1．1．主梁刚度对结构力学行为的影响

3．1．2．桥塔刚度对结构力学行为的影响

3．1．3．拉索刚度对结构力学行为的影响

3．2．结构参数对结构受力的影响

3．2．1．塔高变化

3．2．2．塔根无索区长度变化

3．3．多塔部分斜拉桥的结构体系研究

3．4．本章小结

第4章多塔部分斜拉桥动力特性分析

4．1．多塔部分斜拉桥动力特性分析理论

4．2．结构体系对多塔部分斜拉桥动力特性影响

4．3．结构刚度对多塔部分斜拉桥动力特性影响

4．4．结构参数对多塔部分斜拉桥动力特性的影响

4．5．本章小结

第5章多塔部分斜拉桥的地震响应研究

5．1．地震波的选取及输入

5．2．基于反应谱法的地震响应

5．3．基于时程分析法的地震响应

5．4．本章小结

第6章结论与展望

6．1．结论

6．2．展望

参考文献

致谢

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