矮塔斜拉桥地震响应分析及减隔震研究

论文摘要

矮塔斜拉桥是最近20年来兴起的一种新兴桥梁结构形式,其结构受力性能介于斜拉桥与连续梁桥之间。目前对于这种桥型(尤其是独塔单索面矮塔斜拉桥)的地震响应及减隔震研究尚处于起步阶段。研究这种桥型的动力特性与减隔震方法,为其抗震设计提供依据与参考,是一项很有意义的工作。本文以绥江县四方桥为工程背景,采用大型有限元分析软件SAP2000进行了以下研究：(1)分别建立了空间梁单元及板单元计算模型,对比两种模型的自振特性发现：两种模型的前4阶振型基本上相同,且都为弯曲振型,其频率值误差最大不超过1.6%；板单元的第五阶出现扭转振型,之后两个模型的动力特性出现了一些差异。考虑到计算目的与计算效率的关系,本文选用空间板单元模型来作为动力特性分析模型,而在反应谱与非线性时程分析中选用脊梁模型来进行整体抗震分析。(2)通过一系列主要结构控制参数(支承条件、斜拉索、主梁高跨比)对四方桥的动力特性进行敏感性分析。结果表明：墩梁固结的连接形式对于四方桥抗震更有利；斜拉索对动力特性影响较小；主梁高跨比的影响主要体现在主梁的竖弯与扭转振型上。(3)采用反应谱分析法计算了该桥E1地震响应。主要探讨了输入地震动的确定原则、高阶振型的影响、振型藕联效应及桩土效应的影响。反应谱计算结果表明四方桥各构件在E1地震作用下均处于弹性工作阶段。(4)介绍了在时程分析中相关参数的选定,根据四方桥抗震设防标准进行了桥梁各构件的E2地震作用下的时程抗震验算,结果表明：在罕遇地震作用下,除了支座不能满足抗震性能要求之外,其他各构件均处于弹性工作阶段。(5)选用一系列型号的铅芯橡胶抗震支座并对桥梁进行了减隔震研究。结果表明：加入铅芯橡胶支座后,能非常显著地改善桥墩与承台的纵向及主塔的纵横向受力情况,但纵横向隔震效果表现不同。桥墩刚度增大到一定程度后时,墩底内力基本趋于稳定。得出从增加四方桥桥墩刚度角度来改善桥梁的横向抗震性能意义不大的结论。最后根据实际桥梁主要构件的横、纵向抗震能力需求比后可综合选取抗震支座型号,以达到通过减小桥墩内力来进一步减小桥墩截面与钢筋用量的目的,来取得较理想的经济效益。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 矮塔斜拉桥
• 1.1.1 桥型发展介绍
• 1.1.2 桥型界定
• 1.1.3 桥型结构及受力特点
• 1.2 桥梁震害
• 1.2.1 地震介绍
• 1.2.2 桥梁的地震损伤
• 1.3 矮塔斜拉桥动力分析与减隔震研究中存在的一些问题
• 1.4 本文主要工作
• 第二章 有限元模型的建立
• 2.1 矮塔斜拉桥有限元计算模型
• 2.1.1 桥面系
• 2.1.2 斜拉索
• 2.1.3 索塔
• 2.1.4 基础
• 2.2 云南绥江县四方桥概况
• 2.2.1 技术标准
• 2.2.2 总体布置
• 2.2.3 结构构造
• 2.3 两种有限元模型的建立
• 2.3.1 脊梁模型
• 2.3.2 板单元模型
• 2.3.2.1 各构件的模拟
• 2.3.2.2 板单元模型的建立
• 2.4 矮塔斜拉桥合理上部结构计算模型探讨
• 2.4.1 脊梁模型
• 2.4.2 空间板单元模型
• 2.4.3 分析与结论
• 2.5 本章小结
• 第三章 动力特性参数敏感性分析
• 3.1 支承条件对动力特性的影响
• 3.1.1 参数选取与计算模型
• 3.1.2 基准桥模态分析结果
• 3.1.3 计算结果与分析
• 3.1.4 小结
• 3.2 斜拉索与主塔对动力特性的影响
• 3.2.1 参数选取与计算模型
• 3.2.2 计算结果与分析
• 3.2.3 小结
• 3.3 主梁高跨比
• 3.3.1 参数选取与计算模型
• 3.3.2 计算结果与分析
• 3.3.3 小结
• 3.4 本章小结
• 第四章 E1地震作用的反应谱分析
• 4.1 反应谱介绍
• 4.2 四方桥反应谱分析需考虑因素
• 4.2.1 输入地震动的确定
• 4.2.2 高阶振型的影响及振型贡献率
• 4.2.3 振型藕联效应分析
• 4.2.4 桩—土—桥相互作用的影响
• 4.3 四方桥反应谱分析
• 4.3.1 三向组合作用
• 4.3.2 弹性应力分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 E2作用下时程分析及减隔震研究
• 5.1 时程分析相关参数选定
• 5.1.1 地震波的选取和调整
• 5.1.2 阻尼和加速度输入
• 5.2 主要构件的地震反应与抗震验算
• 5.2.1 墩柱的地震反应及抗震验算
• 5.2.2 主塔的地震反应及抗震验算
• 5.2.3 桥墩基础的地震反应及抗震验算
• 5.2.4 支座的地震反应及抗震验算
• 5.2.5 联间相对位移
• 5.2.6 拉索的抗震验算
• 5.3 四方桥主桥的抗震性能总结
• 5.4 桥梁减隔震研究
• 5.4.1 铅芯橡胶支座特性与力学模型的实现
• 5.4.2 铅芯橡胶支座的选取要点
• 5.4.3 不同抗震支座的减隔震效果比较
• 5.4.4 桥墩刚度对减隔震效果的影响
• 5.4.5 支座选取及经济效果比较分析
• 5.5 本章小节
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果