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深水库区高墩大跨连续刚构桥地震响应分析

作　者: 冀伟
导　师: 刘世忠
学　校: 兰州交通大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 矩形空心墩动水压力有限元法附加质量法
分类号: U441.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 62次
引　用: 1次
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内容摘要

近年来,我国桥梁在朝着更大跨度发展的同时,出现了许多建成和拟建的深水桥梁。目前为止,已建或在建的深水桥梁其桥墩入水深度最深已达百米。深水桥梁在地震作用下,桥墩自身的运动会引起周围水体的辐射波浪运动,而波浪运动也反过来影响桥墩的运动,这样桥梁结构的水下部分便产生了动水压力,从而使桥梁的结构动力特性发生改变并影响结构的动力响应。若忽略动水压力,则在计算全桥的动力特性和地震内力时会出现较大的误差甚至错误的结果。从当前深水桥梁抗震研究的文献来看,国内外对深水桥梁的计算理论及地震响应特性的研究仍较少。本文在查阅大量国内外文献的基础上,评述了当前关于水与结构相互作用的计算理论、水中结构地震响应的分析方法及相关的研究成果,并针对深水桥梁在地震作用下的动力响应特性开展了以下几个方面的详细研究：(1)阐述了深水桥梁考虑动水压力的必要性,以及动水压力的研究现状。(2)以深水库区主跨为220m,墩高为173m的红旗大桥为例,利用Morison方程所得的圆形墩附加质量公式的矩形修正公式模拟水对桥墩的作用,建立了全桥考虑附加质量影响的变截面三维有限元模型。(3)运用有限元方法并结合JTG/T B02-01-2008《公路桥梁抗震设计细则》中的有关规定进行了该桥的模态分析,反应谱和时程反应分析。(4)分析与讨论了不同地震动输入情况下,动水压力对该桥地震动响应的影响程度。研究结果表明由于动水压力的作用,不仅使桥梁结构的自振频率明显降低,而且随着频率阶数的增加,自振频率总体上的下降率有增大趋势,即考虑水的附加质量后对桥梁高阶频率的影响较大。多工况地震响应的结果表明,由于附加动水压力的影响,使得本桥在地震作用下的弯矩、剪力明显增大,深水桥梁的抗震问题较无水桥梁更为突出。对比反应谱法与时程分析法的计算结果,可以看出,按反应谱计算得到的内力结果小于按时程响应计算得到的结果。显然,就本桥而言,仅采用反应谱进行地震响应分析是不够的,遵循地震响应分析的多波原则进行时程响应分析是完全必要的。本文研究方法与所得结论可为同类桥梁的抗震设计提供参考。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-13
  1.1 深水桥梁建设的现状  8-11
    1.1.1 我国深水桥梁的建设  8-9
    1.1.2 国外深水桥梁的建设  9-10
    1.1.3 国内外深水桥梁建设的不同  10
    1.1.4 深水桥梁地震响应的主要特点  10-11
  1.2 深水桥梁考虑动水压力的必要性  11
  1.3 国内外动水压力的研究现状  11-12
  1.4 本文的研究目的与思路  12-13
2 桥梁地震响应分析的基本理论  13-28
  2.1 有限元计算理论  13-21
    2.1.1 平面有限元计算理论  13-18
    2.1.2 空间有限元计算理论  18-21
  2.2 结构动力特性分析  21-22
  2.3 桥梁结构抗震设计理论  22-25
    2.3.1 反应谱方法  22-24
    2.3.2 时程分析法  24-25
  2.4 深水桥墩动水压力的简化计算方法Morison方程法  25-28
    2.4.1 圆形空心深水桥墩动水压力的简化计算方法  26
    2.4.2 矩形空心深水桥墩动水压力的简化计算方法  26-28
3 红旗大桥动力特性分析  28-38
  3.1 红旗大桥概述  28-29
  3.2 有限元模型的建立  29-30
  3.3 动力特性计算  30-37
  3.4 本章小结  37-38
4 红旗大桥无水状态下地震响应分析  38-54
  4.1 红旗大桥无水状态下反应谱分析  38-40
  4.2 红旗大桥地震波的选择  40-42
  4.3 红旗大桥无水状态下时程反应分析  42-49
  4.4 红旗大桥无水状态下反应谱分析与时程分析对比结果  49-52
  4.5 本章小结  52-54
5 红旗大桥满水状态下地震响应分析  54-65
  5.1 红旗大桥满水状态下反应谱分析结果  54-55
  5.2 红旗大桥满水状态下时程反应分析结果  55-62
  5.3 红旗大桥满水状态下反应谱分析与时程分析对比结果  62-63
  5.4 本章小结  63-65
6 无水与满水状态下动力分析对比结果  65-68
结论  68-71
致谢  71-72
参考文献  72-74
攻读学位期间的研究成果  74

深水库区高墩大跨连续刚构桥地震响应分析

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