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多塔下拉索斜拉桥的静力实验与行波效应分析

作　者: 王肖巍
导　师: 肖明葵
学　校: 重庆大学
专　业: 土木工程
关键词: 多塔斜拉桥 下拉索 静力实验 多点激励 行波效应
分类号: U441
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


大跨度多塔斜拉桥是现代桥梁最具竞争力的桥型之一。随着桥梁跨度、桥面柔性和构造复杂性的增加,大跨度斜拉桥的刚度问题和地震动研究己经成为桥梁工程界非常关心的课题之一。随着跨度的增加,多塔斜拉桥的刚度问题也是显得异常突出。多塔斜拉桥与普通的斜拉桥相比,其最大的不同就是中塔没有边塔的端锚索,在荷载作用下,中塔会产生比较大的位移,中跨也会产生较大的挠度,使本已是柔性结构的斜拉桥变得更加柔。所以,在已修建的多塔斜拉桥上,都用了一定措施来提高整体的刚度,控制塔顶偏位和跨中的挠度。本文参考一种新型的装有下拉索的多塔斜拉桥,并参考某长江大桥实际工程建模,通过缩尺静力实验和有限元计算分析对比加劲索加下拉索多塔斜拉桥与常规无加劲索多塔斜拉桥的静力力学性能。试验和分析表明,加下拉索多塔斜拉桥结构体系可以有效提高结构刚度,减少塔墩根部以及主梁跨中的弯距。对比试验结果,提出了最佳的下拉索设置方案。对于该桥的结构抗震分析来说,最重要的三个要点是地震动输入、结构自身特性和结构的响应。本文对时程分析法、随机振动分析法、多点反应谱法进行了总结,比较了彼此的优缺点。并具体讨论了随机振动分析法在多点激励地震反应分析方法中的应用,对自功率谱模型、互相干函数、强度包线函数等模拟过程使用到的参数与模型进行了讨论。本文根据实桥数据用SAP2000建模,就行波效应和多点激励两种输入情况下对有下拉索和无下拉索的多塔斜拉桥地震反应的影响进行了对比分析,对比两种情况下结构重要部位的内力响应和位移响应,以得出下拉索在地震作用下对结构的影响。结果表明,在行波效应下,下拉索会一定程度上增大斜拉桥塔底内力,减小主梁跨中内力,在位移的控制上能有效的减小塔顶纵向位移,但对主梁跨中竖向位移有一定增大作用;在多点激励下,下拉索很大程度上增加了结构所有重要节点的弯矩、剪力以及位移,对抗震产生不利的影响最后,本文对所做的研究工作进行了总结,给出了研究中的一些结论,并指出了在进一步研究中有待解决的问题。希望得到的研究成果能作为桥抗震设计的参考依据,并希望对其它类似桥梁地震反应分析有一定的指导意义。

全文目录


中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-22
  1.1 前言  8-10
  1.2 国内外研究现状  10-14
    1.2.1 多塔斜拉桥国内外发展情况  10-14
    1.2.2 提高多塔斜拉桥结构总体刚度的方法应用和研究情况  14
  1.3 大跨桥梁抗震设计现状  14-20
    1.3.1 大跨度桥梁地震输入问题研究现状  15-17
    1.3.2 大跨度桥梁多点激励地震反应分析研究现状  17-20
  1.4 本文主要研究内容  20-22
2 多塔下拉索斜拉桥静力实验  22-34
  2.1 项目概况  22-23
  2.2 试验方案实施  23-24
  2.3 模型设计  24-25
    2.3.1 模型材料  24
    2.3.2 模型尺寸  24-25
  2.4 试验方法及内容  25-29
    2.4.1 模型试验方法  25-27
    2.4.2 测试截面及测点布置  27-28
    2.4.3 试验工况的确定  28-29
    2.4.4 实验仪器  29
  2.5 实验结果分析  29-32
    2.5.1 不同加劲索方案对斜拉桥整体刚度的影响  29-31
    2.5.2 不同下拉索方案对斜拉桥内力的影响  31-32
  2.6 本章小结  32-34
3 多塔下拉索斜拉桥静力有限元计算分析  34-38
  3.1 实桥模型  34-35
  3.2 不同加劲索方案对斜拉桥整体刚度和重要截面内力的影响  35-36
  3.3 本章小结  36-38
4 斜拉桥的动力分析理论  38-52
  4.1 反应谱分析方法  38
  4.2 时程分析方法  38-40
  4.3 随机振动分析方法  40-49
    4.3.1 非一致地震动的描述  40-41
    4.3.2 地震动的随机模型  41-44
    4.3.3 相干函数  44-49
  4.4 三种分析方法的比较  49-50
  4.5 本章小结  50-52
5 下拉索斜拉桥动力特性分析  52-82
  5.1 计算模型  52-53
  5.2 自振特性分析  53-57
    5.2.1 无下拉索状态下主桥的自振特性  53-55
    5.2.2 有下拉索状态下主桥的自振特性  55-57
  5.3 地震动输入  57-58
  5.4 结构地震动输入方法  58
  5.5 行波效应下新型下拉索斜拉桥的地震反应分析  58-68
    5.5.1 结构在行波效应下的内力响应  59-63
    5.5.2 结构在行波效应下的位移响应  63-68
  5.6 多点激励下新型下拉索斜拉桥的地震反应分析  68-80
    5.6.1 地震动输入  68-71
    5.6.2 结构在多点激励下的内力响应  71-75
    5.6.3 结构在多点激励下的位移响应  75-80
  5.7 本章小结  80-82
6 结论及展望  82-84
  6.1 结论  82-83
  6.2 展望  83-84
致谢  84-86
参考文献  86-92
附录  92

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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
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