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澜沧江钢管混凝土劲性骨架拱桥抗震性能分析

作　者: 丁磊
导　师: 盛兴旺
学　校: 中南大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 拱桥钢管混凝土劲性骨架动力特性抗震性能
分类号: U442.55
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 49次
引　用: 2次
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内容摘要

澜沧江特大桥位于设计时速为140km/h的大(理)瑞(丽)铁路线上,跨越澜沧江,主桥为跨度342m的上承式钢管混凝土劲性骨架拱桥。劲性骨架为钢管桁架结构,转体施工,之后,通过内填和外包混凝土构成单箱单室箱形截面的主拱结构。该桥具有跨度大,结构和施工工艺复杂等特点。本文基于该桥建设的需要和铁道部科技研究开发项目的要求,对该自振特性及抗震性能开展研究,主要完成的工作如下：1.基于澜沧江内填外包钢管混凝土拱桥结构和施工特点,采用梁、板系单元,借助大型通用有限元程序建立了该桥静、动力分析有限元模型,并对模型建立的精度进行了探索,得出在抗震分析中需要考虑引桥部分的影响。2.采用多重Rize向量法进行了该桥自振特性分析并对动力性能进行了研究,结果表明其在同类桥型中相比而言有较大的刚度；3.基于振形叠加法,分别采用反应谱法和时程分析法,对澜沧江大桥进行一致激励抗震分析,对比两种不同计算方法下主拱关键截面的内力及应力值,并利用容许应力法评判其在多遇、设计和罕遇三种地震荷载作用下纵、横向的抗震性能,结果表明：外包及内填混凝土应力都在容许应力范围内,钢管应力在罕遇地震横桥向(考虑活载和不考虑活载两种情况均有)作用下拱顶位置超过其容许应力值,但小于其极限强度。通过对拱顶截面进行极限承载能力验算可得,在罕遇地震作用下,拱顶截面内力值远小于其极限承载能力,安全系数大于2,能够满足抗震设计要求。4.考虑钢管内填混凝土收缩徐变对应力重分布的影响,对钢管内填混凝土弹性模量进行折减考虑,讨论了不同的折减系数时主拱关键截面内力及应力值的变化情况,结果表明内填混凝土弹性模量折减越多,截面内力及应力值越小,且变化基本呈线性关系。5.对该桥进行了考虑行波效应的抗震分析,分析结果表明：考虑行波效应对本桥主拱的内力影响是不利的。在顺桥向分析中,内力及应力值随地震波速度增大而减小,最终趋近与一致激励结果；在横桥向分析中,应力值变化较小,本桥横桥向地震波行波效应的影响小于顺桥向地震波行波效应。6.综合以上分析可得,澜沧江特大桥在多遇、设计和罕遇地震作用下,抗震性能均能满足设计要求。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-10
第一章绪论  10-18
  1.1 钢管混凝土拱桥概述  10-12
    1.1.1 国外发展情况  11
    1.1.2 国内发展情况  11-12
  1.2 钢管混凝土拱桥的抗震综述  12-14
    1.2.1 地震的概念及其危害  12-13
    1.2.2 地震反应分析方法  13-14
    1.2.3 钢管混凝土拱桥的地震反应分析现状  14
  1.3 抗震设防目标及地震波方法  14-17
    1.3.1 抗震设防目标  15
    1.3.2 地震时程的输入方法  15-17
  1.4 本文宗旨  17-18
第二章有限元建模及动力特性分析  18-36
  2.1 澜沧江特大桥简介  18-21
    2.1.1 拱肋结构  18-20
    2.1.2 梁部结构  20-21
  2.2 澜沧江特大桥空间动力模型  21-24
    2.2.1 单元类型  21
    2.2.2 主要材料及其参数  21-24
    2.2.3 有限元模型的建立及说明  24
    2.2.4 约束处理  24
  2.3 钢管混凝土应力计算方法  24-26
  2.4 应力评判指标  26
  2.5 抗震计算主要参数  26-29
    2.5.1 地震烈度及设防标准  26-27
    2.5.2 加速度反应谱  27-28
    2.5.3 加速度时程  28-29
  2.6 自振特性分析  29-36
    2.6.1 特征值分析理论  29-30
    2.6.2 自振特征值  30-36
第三章反应谱分析  36-56
  3.1 振型叠加法  36-38
  3.2 振型组合方法  38-39
  3.3 抗震设防标准  39
  3.4 荷载组合  39-40
  3.5 多遇地震反应谱  40-45
    3.5.1 内力及应力  40-44
    3.5.2 位移  44-45
  3.6 设计地震反应谱  45-49
    3.6.1 内力及应力  45-48
    3.6.2 位移  48-49
  3.7 罕遇地震反应谱  49-53
    3.7.1 内力及应力  49-52
    3.7.2 位移  52-53
  3.8 截面极限承载能力验算  53-54
  3.9 本章小结  54-56
第四章时程分析  56-95
  4.1 时程分析方法  56-57
  4.2 多遇地震时程  57-67
    4.2.1 内力及应力  57-66
    4.2.2 位移  66-67
  4.3 设计地震时程  67-77
    4.3.1 内力及应力  67-76
    4.3.2 位移  76-77
  4.4 罕遇地震时程  77-88
    4.4.1 内力及应力  77-86
    4.4.2 位移  86-88
  4.5 反应谱分析与时程分析结果对比  88-89
    4.5.1 内力  88
    4.5.2 位移  88-89
  4.6 截面极限承载能力验算  89-90
  4.7 桥梁影响与计算模型精度分析  90-91
  4.8 内填混凝土弹性模量取值影响分析  91-93
  4.9 本章小结  93-95
第五章行波效应分析  95-101
  5.1 概述  95-96
  5.2 顺桥向行波效应  96-98
    5.2.1 拱脚位置  96-97
    5.2.2 拱顶位置  97-98
  5.3 横桥向行波效应  98-100
    5.3.1 拱脚位置  98-99
    5.3.2 拱顶位置  99-100
  5.4 本章小结  100-101
第六章主要工作与展望  101-103
  6.1 本文的主要工作  101-102
  6.2 今后工作及努力方向  102-103
参考文献  103-107
致谢  107-108
硕士研究生期间发表论文及科研情况  108

澜沧江钢管混凝土劲性骨架拱桥抗震性能分析

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