中承式钢箱提篮拱桥易损性分析

摘要

中承式钢箱提篮拱桥充分体现了常规拱式结构拱肋受压，跨越能力强的优点，又因其拱肋内倾，增大了结构的横向刚度，稳定性较好，且易与周边环境协调，造型优美，近年来在市政、公路及铁路等交通领域得到了广泛的应用和发展。
　　中承式提篮拱桥作为一种有索结构，吊杆使用寿命较短，吊杆断裂和地震作用使得结构整体发生破坏的事故时有发生。本文依托某在建的中承式钢箱提篮拱桥为工程背景，使用大型有限元分析软件ANSYS，进行了吊杆断裂动力学、吊杆断裂易损性及地震作用易损性分析，主要研究工作概括为以下几点:
　　(1)使用大型有限元分析软件ANSYS及Midas/civil分别建立了背景桥梁的空间有限元模型，将两种软件计算的截面特性值与材料力学方法的理论计算值进行对比，并计算桥梁的静力响应及动力特性，互相进行验证，以确保有限元模型的准确性，作为后续工作的基础。
　　(2)分别探讨了静力放大系数法、半动力分析方法及全动力分析法在吊杆断裂问题上的适用性，首先使用静力方法分别计算了单根短吊杆断裂及双根长吊杆断裂后结构的响应，其次以瞬态动力学基础的半动力学方法，计算了两种情况下的断索冲击作用对桥梁整体的动力性能影响，计算得到静力放大系数，并探讨了放大系数的合理取值范围。
　　(3)基于易损性分析理论，结合损伤场景对结构整体性能的影响程度参数M和损伤场景在整个结构系统中所占的规模参数C，分别进行单根短吊杆断裂及两根长吊杆断裂的易损性定量分析，得到了吊杆应力及纵梁弯曲应力的易损性指数曲线。
　　(4)基于响应面方法，选取合适的地震波及特征变量参数，设计正交试验，建立响应面方程代替复杂的有限元模型，在拉丁超立方抽样结果的基础上进行地震作用下的易损性分析，绘制得到各支座及桥梁系统整体的易损性曲线。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 钢箱提篮拱桥概述

1．2 钢箱提篮拱桥的应用发展

1．3 研究背景及意义

1．4 研究现状

1．5 本文研究内容

第二章 有限元模型建立

2．1 工程背景概述

2．2 ANSYS有限元模型建立

2．3 Midas／civil有限元模型建立

2．4 ANSYS与Midas／civil有限元模型对比

2．4．1 模型输入条件对比

2．4．2 静力计算结果对比

2．4．3 动力特性计算结果对比

2．5 本章小结

第三章 吊杆断裂动力学分析

3．1 静力放大系数法

3．1．1 静力放大系数法原理

3．1．2 单根吊杆断裂静力学分析

3．1．3 双吊杆断裂静力学分析

3．2 半动力分析法

3．2．1 瞬态动力学分析原理

3．2．2 短吊杆断裂动力学分析

3．2．3 长吊杆断裂动力学分析

3．3 全动力分析法

3．4 本章小结

第四章 吊杆断裂易损性分析

4．1 易损性理论

4．1．1 易损性分析方法

4．1．2 损伤场景

4．2 吊杆断裂易损性分析

4．2．1 性能指标

4．2．2 吊杆断裂规模M

4．2．3 单吊杆断裂易损性分析

4．2．4 双吊杆断裂易损性分析

4．3 本章小结

第五章 基于响应面法的桥梁地震易损性分析

5．1．1 响应面法介绍

5．1．2 特征变量的选取

5．1．3 试验设计

5．1．4 响应面拟合

5．2．1 损伤指标

5．2．2 随机变量抽样

5．2．3 支座易损性分析

5．2．4 桥梁系统易损性分析

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况