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基于非线性行为的大跨斜拉式钢桁梁桥地震反应分析

作 者: 梅宇
导 师: 张谢东
学 校: 武汉理工大学
专 业: 公路桥梁与渡河工程
关键词: 大跨度斜拉桥 钢桁梁 非线性 时程分析
分类号: U441.3
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 58次
引 用: 2次
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内容摘要


对于地面上的建筑而言,地震是一种偶然的、突发的和破坏性巨大的荷载,而桥梁这种交通系统中的生命线建筑工程,往往容易在地震中遭受损伤,有时甚至带来不可估量的损失。因此,桥梁的抗震设计已经成为每个桥梁工程师不容忽视的重要环节。随着科技的进步与发展,在桥梁设计与建设中,涌现了越来越多的新材料及新的结构形式。同时,桥梁的跨度及功能也呈现日新月异的趋势。近几年,我国陆续出现了一些大跨斜拉式钢桁梁桥,这类桥梁在结构形式上是斜拉体系与钢桁梁体系的结合,在材料选用上是混凝土、碳素钢材及高强钢丝的共用,在功能上也同时满足了公路与铁路交通的双重需要,这对大跨斜拉桥的抗震研究提出了许多新的课题。本文针对国内某座大跨斜拉式钢桁梁桥,综合考虑地震的空间效应、行波效应及非一致输入效应,并结合该桥自身的非线性因素,对其进行非线性地震反应分析,主要研究内容包括如下几个方面的内容:(1)对桥梁结构的抗震理论、抗震设计方法及桥梁结构的非线性行为进行系统的研究和阐述。(2)对桥梁的空间模型进行细致的分析和模拟,以求准确的反映出桥梁的实际结构特性。在此基础上,对桥梁进行动力特性分析。(3)研究对桥梁进行非线性时程分析时需要重点考虑的对象:地震波的输入。以此为中心,阐述合理选择地震波的方法,并结合地震空间效应、行波效应及非一致输入说明合理输入地震波的方法。(4)结合斜拉式钢桁梁桥的结构形式,及非线性的来源,对其进行非线性动力时程分析。在此基础上,分别考虑斜拉体系和钢桁梁体系各自的非线性,分析斜拉体系和钢桁梁体系的地震反应,研究这两种体系在强震作用下容易失效的部位和可能的破坏模式。通过对桥梁模型进行有限元动力分析,总结出一些对于该类型桥梁进行抗震分析时应该注意的一些问题:该类型桥梁细部连接复杂,准确合理的模拟这些细部连接的特性,是对其进行有效动力有限元分析的基础;对该类型桥梁进行地震动输入时,应考虑地震空间效应、行波效应和非一致输入效应;对钢桁梁体系和斜拉体系,应合理分析其非线性来源,并在时程分析中予以考虑;对该类型桥梁进行抗震分析时,有必要研究其在地震作用下的薄弱环节和可能发生破坏的部位。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章 绪论  11-20
  1.1 论文研究的目的和意义  11-13
  1.2 目前研究现状和存在问题  13-18
    1.2.1 桥梁工程的抗震设计规范  14-15
    1.2.2 桥梁的抗震设计计算方法  15-16
    1.2.3 已有抗震实例分析  16-17
    1.2.4 目前存在的问题分析  17-18
  1.3 本文主要研究内容  18-20
第2章 非线性有限元理论及桥梁地震反应分析方法  20-29
  2.1 非线性有限元理论  20-22
    2.1.1 几何非线性  20
    2.1.2 材料非线性  20-22
  2.2 桥梁地震分析方法  22-27
    2.2.1 Push-over分析方法  22-23
    2.2.2 反应谱法  23-25
    2.2.3 动态时程分析方法  25-27
  2.3 本文采用的抗震分析方法  27-29
第3章 斜拉式钢桁桥动力特性分析  29-40
  3.1 工程概况  29-30
  3.2 动力模型建立  30-36
    3.2.1 主桁及节点板的模拟  30-31
    3.2.2 桥塔的模拟  31
    3.2.3 斜拉索的模拟  31-33
    3.2.4 斜拉索初拉力的确定  33-35
    3.2.5 支座的模拟  35-36
  3.3 全桥动力特性分析  36-40
    3.3.1 桥梁动力特性计算原理  36-37
    3.3.2 桥梁动力特性计算结果分析  37-40
第4章 斜拉式钢桁梁桥抗震分析参数选取  40-54
  4.1 抗震设防烈度和设计基本地震加速度  40
  4.2 场地特征周期  40
  4.3 阻尼  40-41
  4.4 地震波的选择  41-48
    4.4.1 实录波的特征周期  41-44
    4.4.2 持时控制  44
    4.4.3 双频段控制  44-45
    4.4.4 实录波反应谱与设计反应谱基底剪力比较  45-48
  4.5 多维地震动输入的影响分析  48-50
    4.5.1 多维地震动输入  48
    4.5.2 分析结果  48-50
  4.6 行波效应影响分析  50-52
    4.6.1 行波效应  50
    4.6.2 分析结果  50-52
  4.7 一致输入与非一致输入  52-53
    4.7.1 非一致输入  52
    4.7.2 分析结果  52-53
  4.8 本章小结  53-54
第5章 斜拉式钢桁梁桥非线性动力时程分析  54-73
  5.1 动力时程分析方法  54-56
    5.1.1 非线性时程分析法概述  54-55
    5.1.2 数值分析方法概述  55-56
  5.2 时程分析中恒载和活载效应的考虑  56-58
  5.3 非线性时程分析  58-59
    5.3.1 斜拉体系几何非线性  58
    5.3.2 钢桁梁材料非线性  58-59
  5.4 分析结果  59-73
    5.4.1 斜拉体系非线性地震反应分析  59-65
    5.4.2 钢桁梁体系非线性地震反应分析  65-73
第6章 结论与展望  73-75
  6.1 全文总结  73-74
  6.2 展望  74-75
参考文献  75-78
致谢  78-79
攻读硕士学位期间发表论文  79
攻读硕士学位期间参加的项目  79

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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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