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高速铁路大跨度钢桁梁斜拉桥地震响应研究及减震分析

作　者: 秦红禧
导　师: 何旭辉
学　校: 中南大学
专　业: 土木工程
关键词: 铁路钢桁梁斜拉桥 反应谱 非线性时程 行波效应 粘滞阻尼器 减震设计
分类号: U441.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 94次
引　用: 2次
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内容摘要


近年来,大跨度铁路斜拉桥在我国得到迅速发展和广泛应用。目前对大跨度斜拉桥的动力性能研究虽然较多,但对于铁路专用斜拉桥抗震性能的分析却依然较少,诸如地震发生时列车走形性以及合理减隔震措施等难题仍然存在。因此,结合铁路斜拉桥的结构特点,对其地震响应进行分析,并探讨其合理的减震措施就显得尤为重要。本文以一座双线铁路专用斜拉桥——南广铁路郁江双线特大桥为工程背景,采用反应谱分析和非线性时程分析相结合的方法,对其动力特性及地震响应进行了研究,并通过对粘滞阻尼器阻尼参数的比选,对大桥的减震性能进行了探讨。主要工作如下：1.通过现有资料的广泛阅读和汇整,阐述了大跨度铁路斜拉桥的发展历程、结构特点以及动力研究的意义；并结合国内外强震实例,综述了大跨度铁路斜拉桥的震害特点、研究现状以及存在的问题；同时,基于大跨度斜拉桥的减震设计思路,对桥梁减震系统,以及粘滞阻尼器在国内外桥梁中的应用进行了介绍。2.基于斜拉桥振动分析的有限元方法,利用大型通用软件ANSYS,建立郁江双线特大桥的全桥空间有限元模型,针对考虑拉索垂度非线性与否两种不同情况,对大跨度钢桁梁斜拉桥自振特性进行分析并总结其特点,为进一步研究其地震响应及减震方法做铺垫。3.通过计算大桥的振型参与质量,确定参与反应谱分析的振型阶数,根据桥址场地条件选择合适的反应谱,对大桥进行五种不同组合工况下的一致激励反应谱分析,并分别验算了P1、P2两种不同概率水平下的地震响应。4.结合桥址场地条件,选用修正的El-Centro波对大桥进行地震动激励,并考虑地震动竖向分量、相位差效应(不同行波速)以及拉索垂度非线性等因素,对大桥进行设计地震作用下的时程响应分析,并探讨各因素对大跨度铁路钢桁梁斜拉桥地震响应的影响规律。5.通过在主塔与主梁之间设置粘滞阻尼器,对大桥进行减震分析,探讨了粘滞阻尼器参数(阻尼系数和速度指数)变化对大桥减震效果的影响,可以为铁路钢桁梁斜拉桥的减震设计提供参考。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章 绪论  9-23
  1.1 研究背景及意义  9-11
  1.2 大跨度铁路斜拉桥的发展现状及特点  11-15
    1.2.1 大跨度铁路斜拉桥的发展现状  11-12
    1.2.2 铁路斜拉桥的性能特点  12-13
    1.2.3 大跨度铁路钢桁梁斜拉桥  13-15
  1.3 大跨度斜拉桥动力研究现状及意义  15-16
    1.3.1 斜拉桥动力特性研究发展状况  15-16
    1.3.2 研究意义  16
  1.4 大跨度铁路斜拉桥抗震研究  16-19
    1.4.1 斜拉桥震害特点  16-17
    1.4.2 斜拉桥抗震研究现状  17-19
    1.4.3 大跨度铁路斜拉桥抗震研究存在的主要问题  19
  1.5 大跨度桥梁减隔震研究  19-22
    1.5.1 大跨度斜拉桥减震设计思路  19-20
    1.5.2 大跨度桥梁减隔震系统  20-21
    1.5.3 粘滞阻尼器在国内外桥梁中的应用及发展  21-22
  1.6 本文主要研究内容  22-23
第二章 大跨度钢桁梁斜拉桥自振特性分析  23-41
  2.1 桥梁振动的有限元法  23-27
    2.1.1 离散体系的动力学方程式  23-25
    2.1.2 结构体系的振动频率与振型  25-27
  2.2 郁江大桥动力计算有限元模型  27-36
    2.2.1 工程背景  27-30
    2.2.2 计算力学模型  30-36
  2.3 计算结果及分析  36-40
  2.4 本章小结  40-41
第三章 大跨度铁路斜拉桥地震反应谱响应分析  41-62
  3.1 地震反应谱  41-48
    3.1.1 反应谱基本原理  41-43
    3.1.2 反应谱理论的地震力计算  43-44
    3.1.3 反应谱组合方法  44-45
    3.1.4 振型参与系数  45-46
    3.1.5 规范反应谱  46-47
    3.1.6 抗震设防标准  47-48
  3.2 郁江大桥反应谱分析  48-52
    3.2.1 郁江大桥地震动反应谱  48-49
    3.2.2 有效振型参与质量分析  49-51
    3.2.3 反应谱分析  51-52
  3.3 郁江大桥反应谱分析结果  52-61
    3.3.1 主要结构地震响应结果汇总  52-55
    3.3.2 主要内力包络图  55-60
    3.3.3 反应谱结果分析  60-61
  3.4 本章小结  61-62
第四章 大跨度铁路斜拉桥地震反应时程分析  62-88
  4.1 斜拉桥地震反应时程分析方法  62-69
    4.1.1 概述  62
    4.1.2 振动方程求解的数值积分法  62-64
    4.1.3 地震动作用下刚性基础桥梁结构的运动方程  64-66
    4.1.4 结构阻尼的确定  66-67
    4.1.5 地震波的选取、调整与输入  67-69
  4.2 一致激励作用下地震时程反应分析  69-77
    4.2.1 纵向+竖向输入工况下时程结果及分析  69-73
    4.2.2 横向+竖向输入工况下时程结果及分析  73-77
  4.3 非一致激励下空间特性的影响分析  77-86
    4.3.1 考虑行波效应的多点激励时程分析  77-80
    4.3.2 行波效应下郁江大桥地震响应分析  80-86
  4.4 本章小结  86-88
第五章 大跨度斜拉桥粘滞阻尼器减震分析  88-97
  5.1 引言  88
  5.2 粘滞阻尼器的原理及力学性能  88-90
    5.2.1 粘滞阻尼器的减震机理  88-89
    5.2.2 粘滞阻尼器的力学性能  89-90
  5.3 纵桥向减震参数比选及减震效果分析  90-96
    5.3.1 参数的选择及优化  90-93
    5.3.2 参数优化后的减震效果分析  93-96
  5.4 本章小结  96-97
第六章 结论与展望  97-100
  6.1 结论  97-98
  6.2 展望  98-100
参考文献  100-105
致谢  105-106
攻读学位期间的主要研究成果  106-107

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 桥涵工程 > 结构原理、结构力学 > 桥梁振动及减振设备
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