高墩大跨连续刚构桥地震反应分析

论文摘要

近年来,随着我国桥梁工程的迅速发展,桥梁的跨度越来越大,桥墩越来越高,体系也越来越柔,这对大跨度桥梁的抗震研究提出了许多新的课题。而连续刚构桥也在向高墩与大跨发展,并趋于采用高强材料和薄壁结构。有鉴于此,本文以湖北沪蓉西高速公路宜昌至恩施段上的龙潭河大桥为工程背景,针对高墩大跨连续刚构桥抗震性能进行了以下几个方面的研究。（1）综述大跨度桥梁的抗震设计理论、抗震研究的现状以及存在的问题。本文采用的分析软件为大型通用有限元软件ANSYS。介绍了ANSYS的动力分析功能及在ANSYS中进行地震时程分析的几种方法。全桥采用BEAM3单元,根据截面特性将其划分为275个单元,建立了龙潭河大桥左幅桥的计算模型。（2）分析了龙潭河大桥的动力性能,得到它的自振频率和振动模态。在此基础上,采用弹性反应谱理论对其进行了地震反应分析,获得地震反应的内力。（3）基于ANSYS的APDL语言,编制了计算程序,对龙潭河大桥进行时程反应分析,对比分析了El-Centro波、迁安波和Taft波分别输入时结构的地震反应,结果表明,各控制截面的主要响应值,El-Centro波产生的效应值最大。在此基础上,又重点计算分析了竖向地震动对桥梁动力响应的影响,地震输入选用El-Centro波,分两种工况进行,即纵向激励、纵向激励+竖向激励。（4）计算分析了行波效应对刚构桥的影响,并与一致激励作用下的结果做了对比。分析表明行波效应对高墩大跨连续刚构桥的影响不可忽略,纵桥向水平位移、墩顶（底）弯矩、墩顶（底）剪力随着视波速的变化均有不同程度的变化,墩顶（底）轴力则受行波效应的影响并不显著。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 刚构桥概述
• 1.1.1 刚构桥的特点
• 1.1.2 高墩大跨连续刚构桥
• 1.2 桥梁震害分析
• 1.3 桥梁抗震分析的基本理论
• 1.3.1 弹性静力法
• 1.3.2 非线性静力Pushover 分析
• 1.3.3 反应谱法
• 1.3.4 时程分析法
• 1.4 刚构桥抗震研究现状
• 1.5 本文的背景和主要研究内容
• 第2章 地震动输入及桥梁有限元模型建立
• 2.1 概述
• 2.2 地震动特征
• 2.2.1 振幅
• 2.2.2 频谱特性
• 2.2.3 持续时间
• 2.3 抗震设防目标
• 2.4 地震动输入
• 2.4.1 地震动加速度时程
• 2.4.2 非一致激励模型
• 2.4.3 本文的地震动输入
• 2.5 ANSYS 的动力分析功能
• 2.5.1 模态分析功能
• 2.5.2 谱分析功能
• 2.5.3 瞬态动力学分析功能
• 2.6 ANSYS 在桥梁抗震中的应用
• 2.7 动力计算模型
• 2.7.1 研究对象概况
• 2.7.2 模型的建立
• 2.8 本章小结
• 第3章 动力性能及反应谱分析
• 3.1 概述
• 3.2 多自由度体系的结构动力特性计算
• 3.3 结构动力特性分析
• 3.4 反应谱分析
• 3.4.1 单质点体系最大地震力计算
• 3.4.2 多质点体系最大地震力计算
• 3.4.3 龙潭河大桥地震反应谱分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 龙潭河大桥一致激励地震反应分析
• 4.1 概述
• 4.2 多自由度体系地震运动方程及求解
• 4.2.1 多自由度体系的地震运动方程
• 4.2.2 结构时程分析中的阻尼取值
• 4.2.3 结构地震响应分析的直接积分法
• 4.3 龙潭河大桥一致激励地震响应分析
• 4.3.1 不同地震波激励下的地震反应分析
• 4.3.2 El-Centro 波输入地震响应分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 非一致激励地震反应分析
• 5.1 概述
• 5.2 大质量法原理
• 5.3 龙潭河大桥非一致激励地震响应分析
• 5.3.1 计算结果
• 5.3.2 计算结果分析
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录