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大跨度连续钢桁架柔性拱桥空间地震响应分析及减隔震研究
| 论文题名： | 大跨度连续钢桁架柔性拱桥空间地震响应分析及减隔震研究 |
| 关键词： | 大跨度钢桁架拱桥;地震响应;时程分析;一致激励;行波效应;多点激励 |
| 摘要： | 地震是一种破坏力大、突发性强和毁灭性大的一种自然灾害，随着交通运输的不断发展，大跨度桥梁结构在铁路和公路方面得到了广泛的建设，此类桥梁成为了连接交通运输和国民经济的生命线，具有非常重要的作用，因此进行大跨度桥梁结构的抗震设计研究是必不可少的。 本文以银川机场黄河特大桥——大跨度连续钢桁架柔性拱桥为工程背景，基于多自由度空间结构体系地震响应分析的基本理论，利用ANSYS建立空间有限元模型，采用动力时程分析法分析大桥在地震波一致输入、行波效应和多点输入下的地震响应，最后又进行了大桥减隔震设计研究，为相似桥梁的抗震设计提供一定的参考价值，主要研究内容如下: (1)利用ANSYS建立了全桥三维有限元模型，采用集中质量法，通过SUBSPACE法分析结构的动力特性，获得大桥的振型和固有周期。通过有限元计算分析得到大桥的基频为0.69097Hz，表现为结构的一阶纵漂，后几阶振型表现为结构的横弯，说明桥梁结构横向刚度小，在设计中值得重视。 (2)地震波一致输入下，拱肋轴力、主桁弯矩峰值出现在拱脚和边墩附近，拱肋横向位移峰值出现在每跨拱顶截面，纵向位移峰值沿桥长变化平缓，在安装固定支座墩处为零;横向激励对横向位移影响很大，对纵向位移影响很小，纵向激励对纵向位移影响较大，对横向位移影响较小，竖向激励对水平位移影响很小;地震波组合输入对结构内力影响较单向输入大，建议在大跨度连续钢桁架拱桥抗震设计中应充分考虑地震空间特性，提高桥梁横向刚度，优化拱脚、边墩附近结构设计。 (3)地震波行波输入和多点输入对桥梁结构的影响复杂多变，对大跨度桥梁结构的内力和位移影响均很大，拱脚轴力以多点输入最为不利，其拱脚轴力是一致输入的1.685倍;梁端面外弯矩以行波输入下最为不利，是一致输入下的1.267倍;拱顶和主桁跨中节点纵向位移以行波输入下最大，多点输入次之，一致输入下最小，最大值和最小值相差达2.829倍和2.854倍，为此在进行大跨度桥梁结构抗震设计时，必须考虑地震波的时间性和空间性。 (4)引入减隔震支座可以延长结构的自振周期，有效地减小桥梁结构在地震荷载作用下的响应，拱肋轴力减震率最大可达86.25％，墩底弯矩、墩顶剪力减震率最大可达86.30％、87.13％，拱顶、主桁跨中位移减震率最大可达66.40％、66.40％;随着阻尼系数和支座屈服前后刚度比，减震率增大，最后趋于平缓，减隔震支座力学参数存在最优值，在进行减隔震支座设计时，应该注意支座力学参数的选取，使得减隔震效果最有效最经济。 |
| 作者： | 施成 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 蔺鹏臻 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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