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大跨度自锚式悬索桥空间地震反映分析

作　者: 王猛
导　师: 张哲
学　校: 大连理工大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 大跨径自锚式悬索桥 地震响应 时程分析 行波效应 桩土效应 竖向地震力
分类号: U442.55
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 80次
引　用: 2次
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内容摘要


自锚式悬索桥,造型美观,造价适宜,近年来愈受青睐,但随着跨度的进一步增大,大跨度自锚式悬索桥的抗震要求也更加突出,因此系统地研究其动力特性和地震响应显得十分有必要。本文首先回顾了确定性地震反映分析的一些基本理论,介绍了将大质量法理论与Clough的拟静力位移概念相结合的时程分析方法和该方法的运动方程,提出了其在数值计算上的实践方法。结合工程实际使用ANSYS建立了主跨400m的大跨度自锚式悬索桥—大连金州湾跨海大桥的空间有限元模型。对其自振特性进行了分析,得到了前100阶频率和相应振型。然后进行了反应谱分析,初步了解了其地震响应的大小。选择了三条自然地震记录并进行调整作为输入,进行了地震时程响应分析。分析了考虑主桥和引桥之间伸缩缝抗推刚度对结构地震反映的影响,并通过对比反应谱分析和时程分析的结果,验证了时程分析结果统计规律的正确性。分析了行波效应对大跨度自锚式悬索桥地震反映的影响。结构的位移受行波影响有所增大,但是结构本身的位移较小且增幅不大。主塔的弯矩有大幅增加;主梁跨中弯矩成倍增加,但量值较1/4跨小很多;主梁轴力受行波影响较小。大跨度自锚式悬索桥的地震反应受桩—土—结构的相互作用的影响较明显。结构的位移反映均大幅增长,且规律显著。主塔弯矩减小幅度较大,主塔下横梁面外弯矩有大幅的增长。竖向地震力对结构的位移反映影响不大,但使主塔的轴力和弯矩都增大,主梁弯矩更有大幅度增加。因为自锚式悬索桥整体刚度较大,主梁承受很大的轴力,且主跨跨径较大,故结构受行波效应、桩土效应和竖向地震力的影响比较敏感。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-17
  1.1 我国的地震和震灾  10-11
  1.2 自锚式悬索桥发展简介  11
  1.3 大跨度桥梁结构地震反应研究综述  11-13
  1.4 桥梁地震反应分析的发展与现状  13-15
  1.5 本文的意义和主要工作内容  15-17
    1.5.1 本文的意义  15
    1.5.2 本文的主要工作  15-17
2 确定性的地震反应分析方法  17-26
  2.1 概述  17
  2.2 反应谱分析的理论  17-18
  2.3 动态时程分析法的概念  18-19
  2.4 地震作用下桥梁结构运动方程  19
  2.5 大质量法与拟静力位移概念相结合理论  19-21
  2.6 运动方程的数值计算方法  21-25
    2.6.1 动力增量平衡方程  21-22
    2.6.2 动力增量平衡方程的数值积分法  22-23
    2.6.3 非线性方程的求解  23-24
    2.6.4 直接时程积分法在有限元程序中的实现  24-25
  2.7 本章小结  25-26
3 大跨度自锚式悬索桥有限元建模及动力特性分析  26-34
  3.1 概述  26
  3.2 建立有限元模型  26-28
    3.2.1 动力计算模型建立原则  26-27
    3.2.2 单元的选择  27-28
  3.3 大连金州湾跨海大桥的工程概况及动力特性  28-30
    3.3.1 大连金州湾跨海大桥的工程概况  28-29
    3.3.2 建立动力计算模型  29-30
  3.4 大连金州跨海大桥的动力特性  30-32
  3.5 本章小结  32-34
4 结构的一致激励地震反应分析及计算模型的确定  34-44
  4.1 模型动力特性的变化  34
  4.2 纵向地震波作用下的反应谱分析  34-36
    4.2.1 反应谱计算参数的确定  34-36
    4.2.2 纵向地震波作用下计算结果  36
    4.2.3 总结  36
  4.3 一致激励下时程反映分析  36-43
    4.3.1 地震波的选波原则  36-38
    4.3.2 人工合成地震波  38
    4.3.3 大连金州湾跨海大桥输入地震波的选择  38-41
    4.3.4 结构位移和内力的变化  41-43
    4.3.5 总结  43
  4.4 本章小结  43-44
5 大跨度自锚式悬索桥地震特性的深入分析  44-61
  5.1 行波效应对结构地震反映的影响  44-50
    5.1.1 行波效应的地震动输入  44-45
    5.1.2 行波效应对结构内力和位移的影响  45-49
    5.1.3 总结  49-50
  5.2 桩土效应对结构内力和位移的影响  50-57
    5.2.1 桩基础的模拟  50-52
    5.2.2 桩土模型建立及其动力特性  52-53
    5.2.3 桩土效应对结构地震反映的影响  53-54
    5.2.4 总结  54-57
  5.3 竖向地震动对结构的影响  57-60
    5.3.1 竖向地震动作用下结构的反映  58-59
    5.3.2 总结  59-60
  5.4 本章小结  60-61
结论  61-63
参考文献  63-65
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  65-66
致谢  66-67

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 桥涵工程 > 勘测、设计与计算 > 桥涵设计 > 震害分析与抗震设计
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