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大跨中承式钢管混凝土拱桥静动力特性分析及试验研究

作　者: 黄继笑
导　师: 郝宪武
学　校: 长安大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 大跨度中承式钢管混凝土拱桥动力特性抗震性能静力特性弹性稳定性荷载试验
分类号: U441.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

目前钢管混凝土拱桥正在向大跨度、轻型化的方向发展,但是国内外却没有钢管混凝土拱桥设计施工的相关规范及规程,而现有桥梁规范的适用跨径也不超过200m,无法满足大跨度钢管混凝土拱桥设计和施工的需要。因此对大跨度钢管混凝土拱桥的静动力学特性研究显得十分迫切。本文以一座跨径达280m的大跨中承式钢管混凝土拱桥为对象,采用有限元计算软件Midas Civil,建立了全桥空间静动力分析力学模型,针对大跨中承式钢管混凝土拱桥的静动力学特性和弹性稳定性能以及抗震性能进行了研究,其结果可为大跨度钢管混凝土拱桥设计提供参考。本文具体研究主要包括以下几个方面：1、采用全桥空间有限元模型,分析了大跨中承式钢管混凝土拱桥考虑施工阶段的静力学性能,指出应充分考虑施工阶段对大跨度钢管混凝土拱桥位移变形的影响。研究大跨中承式钢管混凝土拱桥在设计荷载工况作用下的静力失稳过程,探讨了恒载、汽车活载、人群活载、风荷载对结构弹性稳定性的影响,指出恒载作为结构的主要荷载对结构的弹性稳定安全系数变化规律起控制作用。2、在结构动力学计算方法的基础上,研究了大跨中承式钢管混凝土拱桥自振频率及振型,指出大跨中承式钢管混凝土拱桥面外刚度小于面内刚度且相差较大。采用反应谱法和动态时程法对大跨中承式钢管混凝土拱桥的抗震性能进行研究,对比讨论了两种方法对结构抗震分析的影响以及不同方向地震荷载作用下的结构地震响应,指出对结构复杂的大跨度钢管混凝土拱桥在高烈度区的抗震设计宜采用动态时程分析法且宜考虑地震动的三维输入。3、本文对该大跨中承式钢管混凝土拱桥进行了成桥荷载试验研究,对比理论计算结果和成桥试验实测结果,指出该桥的工作状态和各项力学性能指标均满足规范要求。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-20
  1.1 引言  11
  1.2 钢管混凝土结构的类型和特点  11-12
  1.3 钢管混凝土拱桥的发展概况  12-13
  1.4 钢管混凝土拱桥的主要形式  13-14
  1.5 钢管混凝土拱桥研究概况  14-19
    1.5.1 静力性能研究概况  14-15
    1.5.2 稳定性研究概况  15-16
    1.5.3 动力性能研究概况  16-17
    1.5.4 抗震性研究概况  17-19
  1.6 本文主要研究内容  19-20
第二章大跨中承式钢管混凝土拱桥空间有限元模型  20-26
  2.1 引言  20
  2.2 有限元法简介  20-21
  2.3 本文依托工程的概述  21-24
    2.3.1 主要技术指标  22
    2.3.2 主桥结构设计要点  22-23
    2.3.3 主桥主要施工加载程序  23-24
  2.4 大跨中承式钢管混凝土拱桥空间有限元模型的建立  24-25
  2.5 本章小结  25-26
第三章大跨中承式钢管混凝土拱桥静力特性与弹性稳定性分析  26-33
  3.1 引言  26
  3.2 结构静力分析方法概述  26-27
  3.3 结构静力模型概况  27
  3.4 大跨中承式钢管混凝土拱桥考虑施工过程的静力分析  27-30
  3.5 大跨中承式钢管混凝土拱桥弹性稳定性分析  30-31
  3.6 本章小结  31-33
第四章大跨中承式钢管混凝土拱桥动力特性与抗震性分析  33-61
  4.1 引言  33
  4.2 结构动力分析方法概述  33-35
    4.2.1 固有振型与频率  33
    4.2.2 自振特性分析  33-34
    4.2.3 特征值屈曲分析  34-35
  4.3 结构动力模型概况  35
  4.4 大跨中承式钢管混凝土拱桥的自振特性分析  35-39
  4.5 大跨中承式钢管混凝土拱桥的地震响应分析  39-59
    4.5.1 反应谱分析法  39-43
    4.5.2 本文算例的反应谱抗震分析  43-49
    4.5.3 动态时程分析法  49-51
    4.5.4 本文算例的动态时程抗震分析  51-56
    4.5.5 不同抗震分析方法对结构地震响应的影响  56-59
  4.6 本章小结  59-61
第五章大跨中承式钢管混凝土拱桥的荷载试验研究  61-69
  5.1 引言  61
  5.2 荷载试验的目的、依据和内容  61-62
    5.2.1 荷载试验的目的和依据  61-62
    5.2.2 荷载试验的内容  62
  5.3 静载试验介绍  62-65
    5.3.1 静载试验测点布置  62-63
      5.3.1.1 静载试验挠度测试截面布置  62-63
      5.3.1.2 静载试验应力测试截面布置  63
    5.3.2 静载试验荷载及试验工况  63-65
      5.3.2.1 设计控制荷载  63-64
      5.3.2.2 试验荷载  64-65
  5.4 动载试验介绍  65-66
    5.4.1 结构动力分析  65-66
    5.4.2 动载试验测试方法  66
  5.5 试验结果分析  66-67
    5.5.1 静载试验结果的分析与评价  66-67
    5.5.2 动载试验结果的分析与评价  67
  5.6 本章小结  67-69
结论与展望  69-71
  结论  69-70
  展望  70-71
参考文献  71-74
致谢  74

大跨中承式钢管混凝土拱桥静动力特性分析及试验研究

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