论文题目: 斜拉桥地震响应分析中的索桥耦合振动和阻尼特性研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 桥梁与隧道工程
作者: 布占宇
导师: 徐兴,谢旭,叶贵如
关键词: 斜拉桥,拉索局部振动,地震响应,阻尼,参数识别
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 斜拉桥跨度越来越大,伴随着拉索长度的增大和加劲梁高度变小,拉索在各种外部荷载比如风、雨、冰、车辆、地震作用下容易发生各种形式的振动,轻则影响行车舒适度,重则容易引起锚固点疲劳破坏。结构的质量和刚度矩阵现在可以比较精确的模拟,但是结构阻尼特性由于来源复杂,机理目前还不是很清楚,阻尼矩阵的确定一直没有解决。而阻尼特性对斜拉桥动力响应的影响较大,必须正确的模拟结构的阻尼特性,才能提高斜拉桥动力计算的精度。 从上述问题出发,对斜拉桥使用过程中出现的拉索参数振动对动力特性和地震响应的影响,阻尼模式对斜拉桥地震响应的影响,比例阻尼参考振型的选取,斜拉桥非比例阻尼,斜拉桥阻尼识别等几个方面进行了深入的研究,并开发了相关的程序,可以计算考虑拉索局部振动的斜拉桥动力特性,振型能量与振型参与系数,采用多种阻尼模式计算斜拉桥地震响应,可以计算斜拉桥复数特征值及振型阻尼比。 利用子结构方法和广义自由度的概念,把拉索的振型作为自由度来考虑,提出了拉索局部振动的计算方法。对杭州湾跨海大桥北航道桥(设计方案)进行了动力特性分析,验证了拉索频率与主桥振型频率接近时出现的索桥耦合振动现象,索桥耦合振动一方面对振型频率有所影响,另一方面对各个子结构振型能量比例以及振型阻尼产生较大的影响。在斜拉桥动力特性分析中必须考虑拉索局部振动的影响。 考虑索桥耦合振动以后主要纵向振型的振型参与系数有不同程度的减小,根据杭州湾跨海大桥抗震设计提供的地震加速度反应谱,采用历史地震记录进行强度调整作为轴向输入计算了考虑拉索局部振动的斜拉桥地震响应。对于本文所选取的地震波,斜拉桥在考虑拉索局部振动以后地震响应增大,拉索位移时程出现了拉索局部振动现象,拉索脉动张力也有显著变化。 采用三种阻尼模式分别计算了斜拉桥地震响应,计算结果表明斜拉桥阻尼特性复杂,不能简单的用少数振型阻尼来表示,不同阻尼模式地震响应计算结果有较大的差别,常数阻尼不能考虑阻尼随频率的变化,Rayleigh阻尼参考振型选取不同地震响应结果有较大差异,相对而言,应变能比例阻尼能考虑斜拉桥阻尼分布特性,较为合理。根据Caughey阻尼理论推导了比例阻尼系数的确定方法,并根据单自由度系统地震响应的Duhamel积分,提出了一种以重要度为指标的比例阻尼参考振型选取方法,通过多种振型阻尼组合的计算分析表明,因为斜拉桥桥塔纵向和主梁竖向的耦合运动,以一个方向的重要度为指标选择的参考振型,往往对另一个方向的响应造成较大的误差,不能很好的预测地震响应。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1．1 本文课题的提出
1．2 斜拉桥震害分析
1．3 斜拉桥抗震研究现状
1．4 本文的主要研究工作
参考文献
第二章 斜拉桥动力分析理论
2．1 薄壁梁单元的有限元方程
2．2 索单元的有限元方程
2．3 拉索局部振动的自由度缩减法
2．4 子结构方法
2．5 空间梁单元的坐标转换
2．6 多支承体系地震响应计算理论
2．7 结构动力响应的直接积分法
2．8 斜拉桥地震响应计算理论
2．9 阻尼理论
参考文献
第三章 考虑拉索局部振动的斜拉桥动力特性分析
3．1 杭州湾大桥北航道桥设计概况
3．2 考虑索局部振动的斜拉桥动力特性研究
3．2．1 基础理论
3．2．2 结果及其分析
3．3 本章小结
参考文献
第四章 索桥耦合振动对斜拉桥地震响应的影响研究
4．1 前言
4．2 索桥耦合振动对斜拉桥地震响应的影响分析
4．2．1 频率、振型和振型参与系数
4．2．2 阻尼特性
4．2．3 输入地震波
4．2．4 地震响应分析
4．3 本章小结
参考文献
第五章 阻尼对斜拉桥地震响应的影响研究
5．1 前言
5．2 不同阻尼模式对斜拉桥地震响应的影响分析
5．2．1 分析条件
5．2．2 结构动力特性
5．2．3 不同阻尼模式地震响应结果分析
5．3 斜拉桥地震响应分析中比例阻尼参考振型的选择方法
5．3．1 比例阻尼以及系数确定
5．3．2 比例阻尼参考振型的选取方法
5．3．3 分析条件及动力特性
5．3．4 计算结果分析
5．4 本章小结
参考文献
第六章 斜拉桥非正交阻尼的研究
6．1 前言
6．2 由应变能比例阻尼推导结构阻尼矩阵
6．3 基于复数特征值计算的振型阻尼比
6．4 斜拉桥的阻尼特性
6．5 计算实例
6．5．1 算例桥梁概况
6．5．2 动力特性
6．5．3 阻尼参数计算
6．6 本章小结
参考文献
第七章 斜拉桥阻尼参数识别研究
7．1 参数敏感性分析
7．1．1 基本理论
7．1．2 参数敏感性分析在斜拉桥阻尼系数识别中的应用
7．2 最小二乘法在斜拉桥阻尼参数识别中的应用
7．2．1 最小二乘法基本原理
7．2．2 最小二乘法在斜拉桥阻尼系数识别中的应用
7．2．3 算例验证
7．2．4 阻尼参数精确识别
7．3 多多罗大桥阻尼参数识别
7．3．1 多多罗大桥成桥试验
7．3．2 多多罗大桥动力特性解析
7．3．3 多多罗大桥阻尼参数识别
7．4 本章小结
参考文献
第八章 结论与展望
8．1 本文的主要结论
8．2 进一步研究的展望
附录 程序说明
1． 算法概要
2． 程序结构及各模块功能
致谢
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作者简介
发布时间: 2005-07-15
参考文献
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