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非对称空间异型蝶式钢拱桥静动力特性研究及地震反应分析

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第一章 绪论

1.1 传统拱桥的起源与发展

1.2 异型桥梁的兴起

1.3 本文的研究意义和主要内容

第二章 工程背景及有限元建模

2.1 课题实际工程背景

2.2 异型拱桥有限元建模要点

2.3 九沙钢拱桥建模过程

2.4 小结

第三章 施工过程吊杆力的确定和成桥阶段运行分析

3.1 施工过程吊杆拉力的确定

3.2 活载作用计算

3.3 其他分项荷载作用分析

3.4 荷载组合计算分析

3.5 斜撑、拉杆与系杆预应力对吊杆受力的影响

3.6 局部构件的实体单元建模分析

3.7 小结

第四章 稳定分析

4.1 引言

4.2 稳定理论

4.3 风撑对拱桥横向稳定性的影响

4.4 小结

第五章 自振分析和地震反应研究

5.1 动力分析理论

5.2 Midas/Civil程序中特征值计算方法

5.3 自振特性计算分析

5.4 地震反应谱分析法

5.5 小结

第六章 结论与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢

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摘要

以杭州九沙钢拱桥为工程实例,采用有限元程序MIDAS/Civil建立该拱桥空间有限元计算模型,首先选择关键控制截面并绘制影响线,然后根据规范施加活载作用:车辆荷载加人群荷载,计算出最大内力和最大位移,得出了很多关于异型拱桥受力状态的重要结论,后面一章里分7种工况计算该桥的稳定系数,并对比分析风撑形式、位置、数量以及风撑壁厚等因素对这类拱桥结构稳定性能的影响。最后研究了该拱桥的结构动力反映,首先计算分析了拱桥自振动力特性,求出其自有振动周期和振型,然后用反应谱输入方法研究其内力特性,并得出重要结论:
  1.在静力分析中,边拱、中拱及主梁的内力、应力以及应变满足规范要求。其中,在各种活荷载单独作用和组合作用下,边拱的受力要普遍大于中拱受力,外纵梁的内力和挠度要大于内纵梁。横向风载对桥梁结构的受力状态影响较为明显。
  2.对拱桥特殊结构斜撑和拉杆经行优化,得出斜撑角度和拉杆预应力的变化对主梁和吊杆受力影响均较大。对局部构件建立实体单元模型,分析结果表明,风撑与拱肋连接部位应力状况不均匀,边拱由一道变两道的分叉节点处有较大应力存在。
  3.在稳定分析方面,不设置风撑会导致拱桥一阶稳定系数大幅下降,其失稳表现为面外失稳;对结构稳定性影响最大的是桥面上1/4处的风撑,而拱顶附近风撑对稳定性影响不大;当拱肋关键点布置风撑后,改变其他位置的风撑数量,稳定系数的变化不明显;当风撑壁厚较小时,随着壁厚增大,桥梁的横向稳定性得到提高,但拱肋面内稳定系数却有所降低。
  4.动力分析方面,该拱桥自振频率符合钢结构振动频率范畴,反应谱法计算地震响应分析结果表明,计算到前30阶时,各项振型参与质量均达到了90%以上,拱桥大部分构件在材料容许应力范围内,少数构件需要采取措施。并在反应谱分析地震响应方面,得出相关构件内力和位移重要结论。

著录项

  • 作者

    刘毅;

  • 作者单位

    天津大学;

  • 授予单位 天津大学;
  • 学科 建筑与土木工程
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 韩振勇,汤洪雁;
  • 年度 2015
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 U448.211;
  • 关键词

    钢拱桥; 地震响应; 静动力特性; 有限元计算;

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