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铁路矮塔斜拉桥在墩塔梁不同联结形式下的地震反应分析

作 者: 祝培林
导 师: 陈兴冲
学 校: 兰州交通大学
专 业: 桥梁与隧道工程
关键词: 矮塔斜拉桥 联结形式 弹塑性 地震反应分析
分类号: U441.3
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要


矮塔斜拉桥是介于传统的梁式桥和斜拉桥的一种新型的桥型,由于矮塔斜拉桥的桥塔低于常规斜拉桥,故国内外学者将其称之为“矮塔斜拉桥”。矮塔斜拉桥兼有斜拉桥和梁式桥的优点,因此在国内外得到迅速发展。对这种桥型的地震反应研究也在世界范围内广泛的展开。国内外对矮塔斜拉桥的研究,主要有理论研究和施工设计方面的研究等。目前,对铁路矮塔斜拉桥的抗震研究相对较少,已修建的矮塔斜拉桥位于高烈度区的亦不多。因此,此类桥型的抗震方法以及地震反应还需进一步的研究。尤其在行波效应、多点激励、竖向地震动及各种非线性因素影响下的地震反应更应做深入的研究。本文通过大型有限元分析软件MIDAS/CIVIL 2006对京沪新建高速铁路津沪联络线矮塔斜拉桥建立了合理的数值分析模型,同时通过改变墩塔梁联结形式建立了墩梁分离和墩塔梁固结两种对比模型,并对三种模型进行了地震反应分析及比较,从而得出铁路矮塔斜拉桥的地震反应特点,为进一步研究铁路矮塔斜拉桥的的地震反应规律提供参考。本文首先对比了三种联结形式下不同结构体系的振型特点,对最长的一根斜拉索建立了ANSYS数值模型,对其进行了预应力作用下的模态分析,并研究了索力变化对拉索本身基频及结构基频的影响;其次,对该座矮塔斜拉桥做了纵、横、竖三向地震作用下的反应谱分析及时程分析,对比了三种不同联结形式下的地震反应结果,研究了三向地震组合对三种联结形式体系的墩、塔、梁应力的影响。最后,对三种模型进行了基于武田恢复力模型的弹塑性地震反应分析,主要研究了主墩和主塔在三向罕遇地震作用下的弹塑性地震反应,得出了一些有意义的结论。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-10
1 绪论  10-18
  1.1 引言  10-11
  1.2 矮塔斜拉桥的国内外发展概况  11-14
  1.3 矮塔斜拉桥的桥型特点  14-15
    1.3.1 结构特点  14
    1.3.2 受力特点  14-15
  1.4 矮塔斜拉桥的研究现状  15-16
  1.5 本文研究目的和主要工作  16-18
    1.5.1 本文研究目的  16-17
    1.5.2 本文主要工作  17-18
2 铁路矮塔斜拉桥模型建立  18-29
  2.1 工程概况  18-19
  2.2 基于梁单元的斜拉桥有限元模型各个构件的模拟  19-23
    2.2.1 主梁的模拟  19-21
    2.2.2 斜拉索的模拟  21-22
    2.2.3 索塔的模拟  22
    2.2.4 桥墩的模拟  22-23
  2.3 边界条件的模拟  23-24
    2.3.1 墩塔梁联结处的模拟  23
    2.3.2 斜拉索与主梁连接以及斜拉索与索塔连接模拟  23-24
    2.3.3 边墩支座模拟  24
    2.3.4 基础模拟  24
  2.4 预应力的模拟  24-25
  2.5 收缩、徐变、强度发展的模拟  25-26
  2.6 全桥有限元模型  26-27
  2.7 小结  27-29
3 不同联结形式下的自振特性分析  29-39
  3.1 引言  29
  3.2 自振特性理论  29
  3.3 不同联结形式下自振特性的计算分析  29-36
  3.4 索力对自振特性的影响分析  36-38
  3.5 小结  38-39
4 不同联结形式下的反应谱分析  39-62
  4.1 引言  39
  4.2 反应谱分析  39-43
    4.2.1 反应谱理论  39
    4.2.2 单自由度弹性体系的地震作用  39-40
    4.2.3 多自由度弹性体系的地震作用  40-42
    4.2.4 振型组合方法  42-43
  4.3 津沪联络线特大桥反应谱分析  43-60
    4.3.1 输入地震动  44-46
    4.3.2 顺桥向地震反应分析  46-50
    4.3.3 横桥向地震反应分析  50-53
    4.3.4 竖桥向地震反应分析  53-57
    4.3.5 地震组合作用分析  57-60
  4.4 小结  60-62
5 不同联结形式下的动力时程分析  62-76
  5.1 引言  62
  5.2 动力时程分析法  62-74
    5.2.1 时程分析理论  62-64
    5.2.2 输入地震动  64-65
    5.2.3 时程分析结果  65-74
  5.3 多遇地震下的抗震验算  74-75
  5.4 小结  75-76
6 不同联结形式下三种模型的弹塑性地震反应分析  76-100
  6.1 引言  76
  6.2 钢筋混凝土截面的弯矩曲率分析  76-84
    6.2.1 无约束混凝土的力学性能  76-77
    6.2.2 约束混凝土的力学性能(Mander模型)  77-78
    6.2.3 钢筋的应力应变关系  78-79
    6.2.4 弯矩曲率计算方法及UCfyber参数取值  79-82
    6.2.5 桥墩截面弯矩曲率关系分析  82-84
  6.3 不同联结形式下三种模型的的弹塑性分析  84-99
    6.3.1 武田(Takeda)三线性模型  84-86
    6.3.2 塑性铰的位置以及塑性铰区长度  86-87
    6.3.3 输入地震动  87-88
    6.3.4 顺桥向地震反应分析  88-92
    6.3.5 横桥向地震反应分析  92-96
    6.3.6 竖桥向地震反应分析  96-99
  6.4 小结  99-100
结论  100-102
致谢  102-103
参考文献  103-106
攻读学位期间的研究成果  106

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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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