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斜拉桥结构体系的抗震性能分析及优化

作　者: 艾闯
导　师: 李青宁
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 斜拉桥 计算模型 动力特性 地震响应分析
分类号: U442.55
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


斜拉桥是一种古老而又年轻的桥型,近些年来斜拉桥由于其经济、美观和跨度大等特点,在世界各地迅速的发展起来,随着社会和科学技术的发展,斜拉桥结构正在从原来的小跨径向大跨径和特大跨径进军。地震是对人类危害很大的自然灾害之一,近些年来世界各国的地震活动比较频繁,要保证这些桥梁在地震中不被破坏,就需要对斜拉桥结构进行抗震设计。目前国内许多的学者也都积极的在研究斜拉桥的抗震性能,论文以一个实际斜拉桥工程为背景,通过大型有限元分析软件Midas/Civil,分别对斜拉桥的四种结构体系悬浮体系、半漂浮体系、塔梁固结体系和刚构体系进行了特征值分析和地震响应分析。论文的主要内容如下:1.探讨斜拉桥的发展概况和国内外桥梁抗震设计现状、斜拉桥按塔、梁、墩不同的连接方式所划分的四种结构体系的基本构造和它们的优缺点和斜拉桥的三种地震响应分析方法。2.分析和研究实例斜拉桥的相关资料,用大型有限元分析软件分别建立了该斜拉桥四种结构体系的空间有限元模型。3.分析斜拉桥四种结构体系的动力特性,通过分析对比得知斜拉桥具有很密的频谱特性,四种结构体系的动力特性差别主要表现在前十阶振型中,由悬浮体系的自振周期明显比其它三种体系的自振周期大可以看出塔梁之间是否设置连接对斜拉桥的动力特性影响显著,另外由于该斜拉桥四种结构体系的索塔的振动均出现较早,所以要适当提高索塔的刚度。4.探讨动态时程分析方法对斜拉桥抗震分析的应用,并对本论文选取的背景斜拉桥的四种不同结构体系进行了地震响应分析,通过对分析结果的分析和对比,确定了该斜拉桥的最佳抗震结构体系是半漂浮体系,因为应用该体系可以兼顾到该斜拉桥的变形和内力,比其它三种体系都要优越。5.通过在该半漂浮体系斜拉桥的支座处设置粘滞阻尼器来对其抗震性能进行优化,通过计算分析得出,在同一地震作用下,设置粘滞阻尼器的斜拉桥主梁纵向位移比不设置阻尼器的减小了45%,索塔的塔底剪力和弯矩分别减小了24%和25%,达到了明显的优化效果。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-9
1. 绪论  9-15
  1.1 斜拉桥的发展概况  9-11
  1.2 课题提出的目的和意义  11
  1.3 桥梁抗震研究现状  11-13
  1.4 本论文研究的主要内容及思路  13-15
2. 斜拉桥的结构体系和地震响应分析理论  15-24
  2.1 斜拉桥的结构体系  15-17
  2.2 桥梁结构地震响应分析理论  17-24
    2.2.1 静力法  17-18
    2.2.2 动力反应谱法  18-24
3. 斜拉桥计算模型的建立  24-37
  3.1 工程概况  24-27
  3.2 斜拉桥计算模型的建立  27-37
    3.2.1 桥面系模拟  28-31
    3.2.2 斜拉桥索塔模拟  31
    3.2.3 斜拉桥拉索模拟  31-34
    3.2.4 预应力钢筋的模拟  34-35
    3.2.5 荷载条件模拟  35
    3.2.6 边界条件模拟  35-36
    3.2.7 斜拉桥模型的建立  36-37
4. 斜拉桥不同结构体系动力特性分析  37-50
  4.1 结构动力特性概述  37-38
  4.2 斜拉桥的动力特性求解方法  38-39
  4.3 斜拉桥结构的质量和刚度的模拟  39-40
  4.4 斜拉桥不同结构体系的动力特性分析  40-50
    4.4.1 有限元分析软件计算结果  40-48
    4.4.2 斜拉桥四种结构体系动力特性对比说明  48-50
5. 斜拉桥不同结构体系的地震响应分析对比  50-72
  5.1 斜拉桥地震响应分析的重要性及影响因素  50
  5.2 动力时程分析法  50-55
  5.3 地震动的输入  55
  5.4 阻尼问题  55-56
  5.5 斜拉桥四种结构体系的动力时程分析  56-67
    5.5.1 模型动力时程分析参数设置  56-57
    5.5.2 选择地震波  57
    5.5.3 该斜拉桥四种结构体系的地震响应分析结果  57-64
    5.5.4 该斜拉桥四种结构体系地震反应结果对比分析  64-67
  5.6 该斜拉桥半漂浮结构体系的抗震性能优化  67-72
    5.6.1 斜拉桥结构体系的减隔震技术  67
    5.6.2 设置阻尼装置  67-68
    5.6.3 动力时程分析结果  68
    5.6.4 阻尼装置对半漂浮体系斜拉桥抗震性能的影响  68-72
6. 结论和展望  72-74
  6.1 结论  72-73
  6.2 展望  73-74
致谢  74-75
参考文献  75-78
附录  78

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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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