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异型钢管混凝土拱桥动力特性及地震响应分析

作　者: 黄国平
导　师: 谢尚英
学　校: 西南交通大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 异型钢管混凝土拱桥 有限元 动力特性 地震响应 反应谱 时程分析
分类号: U441.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着钢管混凝土拱桥的广泛应用以及人们对桥梁美学要求的不断提高,集结构、材料、艺术为一体的异型钢管混凝土拱桥应运而生。该类桥型是传统钢管混凝土拱桥组合、异化衍生而来,以其外形独特、景观奇异、易与环境协调等诸多优点而受设计者青睐。然而在充分发挥钢管混凝土拱桥的性能时,结构的受力问题随之而来,特别是动力问题突出,象车振、风振、地震等桥梁典型动力问题亟待深入研究。本文首先论述钢管混凝土拱桥的发展状况,在此基础上探讨了异型钢管混凝土的产生与应用,阐述了桥梁结构自振特性及求解方法,总结了桥梁抗震理论的计算方法并介绍了抗震设计理念和思想。然后以一工程实际——石棉大渡河桥(新月拱桥)为依托,开展了该异型钢管混凝土拱桥的动力性能方面的研究工作。(1)归纳总结了桥梁动力分析的建模原则,以不同的方法离散该桥主梁并分别建立MIDAS空间有限元模型,验证了新月拱桥离散为传统鱼骨模式的合理性。基于模态分析结果对拱桥动力特性进行综合阐述,并剖析了该特征背后的内在本质。(2)借鉴目前先进的抗震思想,分别针对不同的地震作用(E1、E2地震作用),对拱桥进行线性和非线性响应分析。E1地震作用下,应用反应谱法和线性时程法对该拱桥一维及三维线性响应,二者相互校核比较,基于反应谱和时程分析的结果,对其抗震性能进行评价,论证了对于异型拱类似的复杂结构进行地震分析时宜采用时程分析法。E2地震作用下,对拱桥进行非线性时程响应分析,表明在强震、罕震作用下,结构未进入塑性工作状态,说明异型钢管混凝土拱桥同样具有自重轻、抗震性能好的特点；但为实际、准确地反映结构抗震性能,进行弹塑性非线性地震响应分析仍然十分必要。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-11
第1章 绪论  11-18
  1.1 钢管混凝土拱桥的历史沿革  11-13
  1.2 异型拱桥的应用与发展  13-15
  1.3 钢管混凝土拱桥动力特性及抗震研究现状  15-16
  1.4 选题的意义及论文背景  16-17
  1.5 本文研究的主要内容  17-18
第2章 桥梁结构动力分析理论  18-30
  2.1 结构振动的有限元法  18-21
  2.2 结构自由振动  21-27
    2.2.1 结构质量矩阵  21-22
    2.2.2 结构阻尼矩阵  22-24
    2.2.3 结构刚度矩阵  24-25
    2.2.4 自振频率及振型  25-27
  2.3 结构强迫振动  27-29
    2.3.1 振型叠加法  28
    2.3.2 直接积分法  28-29
  2.4 本章小结  29-30
第3章 桥梁地震响应的分析方法  30-38
  3.1 桥梁抗震设计方法概述  30
  3.2 地震反应谱法  30-35
    3.2.1 反应谱基本原理  30-32
    3.2.2 设计加速度反应谱  32-34
    3.2.3 振型组合方法  34-35
  3.3 动态时程分析法  35-37
    3.3.1 概述  35
    3.3.2 运动方程的建立  35-36
    3.3.3 地震波的选取方法  36-37
  3.4 本章小结  37-38
第4章 新月拱桥动力特性分析  38-52
  4.1 新月拱桥工程背景  38-41
    4.1.1 概况  38-40
    4.1.2 结构特点分析  40-41
  4.2 新月拱桥模型建立  41-45
    4.2.1 动力模型建模原则  41
    4.2.2 新月拱桥动力计算模式  41-45
  4.3 新月拱桥动力特性分析  45-51
    4.3.1 模态分析  45-49
    4.3.2 新月拱桥动力特性述评  49-51
  4.4 本章小结  51-52
第5章 新月拱桥地震响应分析  52-74
  5.1 E1地震作用下弹性响应  52-64
    5.1.1 弹性反应谱分析  52-57
    5.1.2 弹性时程分析  57-63
    5.1.3 反应谱与时程分析结果比较  63-64
  5.2 E2地震作用下非线性响应  64-73
    5.2.1 钢管混凝土弹塑性梁柱单元  65-66
    5.2.2 边界非线性单元  66-68
    5.2.3 新月拱桥弹塑性地震响应分析  68-73
  5.3 本章小结  73-74
结论与展望  74-76
  主要研究工作及结论  74-75
  未来研究工作展望  75-76
致谢  76-77
主要参考文献  77-79

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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 > 桥梁振动及减振设备
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