双塔斜拉桥抗震概念设计研究

摘要

中国是一个多地震的国家，地震区的分布很广。斜拉桥作为生命线工程的关键组成部位，其抗震能力对减灾救灾工作起着举足轻重的作用。然而，由于地震动的不确定性和复杂性，再加上结构计算模型的假定与实际情况的差异，使“计算设计”很难精确有效地控制结构的抗震性能。因而，从概念上，特别是从结构总体上考虑抗震工程决策的方法，即抗震概念设计方法越来越受到各国学者的高度重视，但对于斜拉桥的抗震概念设计还鲜有人系统地研究。斜拉桥的抗震概念设计首先需要对桥梁结构本身的特点有深刻的认识，又要综合考虑场地条件、地震动特征等因素的影响。因此本文在以往抗震概念设计研究的基础上，对影响斜拉桥抗震概念设计的因素进行了系统的研究与分析，取得了一些有价值的结果，具体内容如下:
　　结构体系因素对斜拉桥抗震性能的影响
　　首先利用有限元软件SAP2000对一座实际斜拉桥建模，并对其振型模态和反应谱分析，总结了斜拉桥的动力特性和抗震性能。然后以此斜拉桥模型为参照，分别介绍了斜拉桥主要受力构件（索塔、主梁和拉索布置）的常用构造形式、常用材料、结构体系以及尺寸的合理设计范围。进而在此合理范围内，通过改变实际斜拉桥模型的参数和尺寸得到新的模型，对此新模型进行动力特性和反应谱分析，并与实际原模型对比分析，得出了不同的主梁、索塔、拉索布置形式、边主跨比、高跨比以及塔梁连接刚度等因素对斜拉桥动力特性和抗震性能的影响规律。最后提出影响因子，直观明了地表明了不同因素对斜拉桥反应谱响应的影响程度以及对斜拉桥不同方向（顺桥向、横桥向）的影响程度。
　　斜拉桥在近场脉冲型地震动作用下的规律研究
　　本文通过选取5条有代表性的近场脉冲型地震动记录和5条普通地震动记录，对它们的速度时程和加速度反应谱进行了对比分析，并以近场脉冲型地震动为出发点，对斜拉桥在这两种地震动作用下进行了时程计算分析;从而得到了近场脉冲型地震动对斜拉桥地震响应的影响规律。
　　漂浮体系斜拉桥纵飘振型周期的简化计算与常用抗震措施及成功实例
　　在斜拉桥抗震方面，纵飘振型具有长周期的隔震性能，在顺桥向水平地震力的作用下，这一振型的贡献占绝对优势，因而对此振型周期的简化计算有着重要的意义。为此，本文通过把斜拉桥简化为单质点模型，进而研究建议了计算其纵飘周期的公式，最后结合工程实例，验证了其有效性。
　　为了完善抗震概念设计，以弥补在桥梁设计中的一些总体或局部的薄弱环节，本节对常用的抗震措施进行了概述，包括阻尼器、锁定装置、缓冲器以及各种减隔震支座。接着介绍了一些桥梁抗震设计的成功实例，包括采用阻尼器（强风时限位）连接的苏通大桥主航道桥、塔柱采用延性抗震设计的美国旧金山新海湾大桥、采用漂浮体系和加筋土隔震基础的希腊Rion-Antirion桥。这些成功的抗震设计方法为抗震概念设计提供了一些新的视角和思路。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 桥梁抗震概念设计的发展

1．3 斜拉桥抗震概念设计现状

1．4 近场脉冲地震动研究现状

1．5 本文主要研究内容

第2章 斜拉桥结构参数及形式对其动力特性的影响

2．1 实际斜拉桥模型动力分析

2．1．1 斜拉桥工程概况

2．1．2 动力计算模型

2．1．3 自振特性分析

2．1．4 反应谱分析

2．2 斜拉索布置形式及其对斜拉桥动力特性的影响

2．2．1 斜拉索布置形式及其各自特点

2．2．2 建模分析

2．2．3 拉索轴力分析

2．2．4 小结

2．3 索塔的常用形式及对斜拉桥动力特性的影响

2．3．1 索塔常用形式及其特点

2．3．2 不同索塔结构形式的斜拉桥建模分析

2．3．3 不同索塔顺桥向刚度的斜拉桥建模分析

2．3．4 不同索塔质量的斜拉桥建模分析

2．3．5 小结

2．4 主梁常用形式及其对斜拉桥动力特性的影响

2．4．1 主梁常用形式及其各自特点

2．4．2 不同主梁质量的斜拉桥建模分析

2．4．3 不同主梁刚度的斜拉桥建模分析

2．4．4 小结

2．5 结构体系和尺寸对斜拉桥动力特性的影响

2．5．1 结构体系的影响

2．5．2 边主跨比的影响

2．5．3 高跨比的影响

2．5．4 辅助墩的影响

2．5．5 小结

2．6 各因素对斜拉桥影响程度分类

2．6．1 影响因子的提出

2．6．2 影响因子的计算与分析

2．6．3 影响程度的划分

2．6．4 小结

2．7 本章小结

第3章 近场地地震对斜拉桥的影响分析

3．1 近断层地震动的特性

3．2 地震波的选取与其特性分析

3．3 斜拉桥时程响应分析

3．3．1 位移响应的计算分析

3．3．2 内力响应的计算分析

3．4 本章小结

第4章 斜拉桥抗震性能简化计算与常用抗震措施及实例

4．1 双塔斜拉桥周期的估算

4．1．1 竖向弯曲基频估算

4．1．2 漂浮体系斜拉桥纵飘周期的估算

4．1．3 工程实例分析

4．2 常用的抗震措施

4．2．1 阻尼器、锁定装置和缓冲器

4．2．2 各种减隔震支座

4．3 斜拉桥抗震设计成功实例

4．3．1 选择抗震有利的结构体系

4．3．2 改善承重结构的抗震性能

4．3．3 设计对抗震有利的桥梁基础

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 需要进一步研究的问题

参考文献

作者简历

学位论文数据集