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原文传递大跨度T构-系杆拱组合体系桥静力及抗震性能研究

论文题名：	大跨度T构-系杆拱组合体系桥静力及抗震性能研究
关键词：	组合桥梁;静力分析;抗震性能;阻尼比
摘要：	在大连老虎滩跨海大桥方案设计中，为了满足桥位环境、工程造价及使用性能的要求，在系杆拱桥体系基础上，通过T构协作的方式，构思出了T构—系杆拱组合体系的桥梁结构新形式，该体系具有造型新颖美观、施工便利、工程造价低和跨越能力大等优点，具有非常好的应用前景。　　为了深入了解T构—系杆拱组合体系的结构性能，推动此类桥梁因地制宜地在实际工程中应用，本文采用数值分析与试验研究相结合的方法，对该体系的静动力性能进行了系统研究，主要内容如下: 　　(1)介绍了T构—系杆拱组合体系的构思过程，阐述了其结构特点，详细论述了此类结构的总体布置、构件设计、关键构造及施工方法等。通过改变桥型体系的内部连接方式和外部约束形式，对比分析了不同体系的受力特点，确定了体系合理的构造连接和受力形态，并掌握了T构—系杆拱组合体系的结构特性。探讨了吊杆设置、边跨长度、T构悬臂长度、墩柱抗推刚度等对结构整体受力性能的影响，得到结构设计参数的合理取值范围。最后对优化后的结构体系进行了静力模型试验研究，试验测试结果与有限元计算结果吻合较好，表明有限元理论计算方法及参数的选取是合理的，模型试验同时验证了此桥关键受力部位的可靠性及此桥方案的可行性。　　(2)以大连老虎滩跨海大桥方案为例，首先分别采用反应谱法和几何非线性时程法对该桥进行地震反应分析，得出此类桥型在地震作用下的受力特点和薄弱环节，将两种方法的结果进行比较发现:由于该桥的第一阶振型为中跨钢主梁的纵飘，纵向自振周期较长，超过了规范反应谱的最大周期，因此纵向地震激励下的反应谱位移结果不够准确。其次针对这种由不同材料组成的混合结构T构—系杆拱组合体系，研究了不同阻尼形式及阻尼比取值对其地震响应的影响，当采用振型叠加法时程分析时，建议选择振型阻尼，计算精度高且用时短，当采用直接积分法时程分析时，建议选择Rayleigh阻尼，采用Rayleigh阻尼对不同构件地震响应计算时应选择合适的振型和阻尼比。基于合理阻尼形式的有限元模型，研究了矢跨比和拱肋倾角变化对结构地震响应的影响，并探讨了行波效应的影响。在以上研究成果基础上，针对该桥型地震作用下钢主梁纵向位移较大的缺点，给出了在钢混主梁连接处设置粘滞阻尼器的减震措施，并对粘滞阻尼器的参数进行了优化，优化后的减震方案在不改变结构静力性能的前提下有效地减小了地震对结构产生的危害。最后通过振动台试验进一步掌握了此类桥型的动力特性，找出了体系的薄弱环节，验证了有限元计算的可靠性和参数取值的合理性。　　(3)首先采用均布加载和振型组合分布加载两种方式对T构—系杆拱组合体系桥进行Pushover分析，结果表明无论是不能考虑高阶振型影响的均布加载方式还是能考虑其影响的组合模态加载方式，均无法对此类桥型的抗震性能作出准确的评估，与动力弹塑性时程分析的结果相差较大;然后尝试采用多模态推倒分析(MPA)法对其进行推倒分析，同时对几种求解性能点的方法进行了比较，发现ATC能力谱法的结果最小，Krawinkler-Nassar模型和吕西林模型结果偏大，翟长海模型的结果在地震强度较大时，质量参与系数最大的振型结果发生异常变大的现象，Vidic-Faj far模型和范立础模型结果最为接近，且和时程分析结果相比误差最小，综合考虑场地类别和设计地震分组等因素，建议采用范立础模型对该类桥型进行计算分析较为合适，相较于以往的Pushover加载模式，MPA法考虑了高阶振型的影响，计算本桥型的地震响应结果和时程分析结果较为接近，并且与非线性时程分析方法相比，大大缩短了计算时间;最后对本文算例不同墩高情况进行了IDA分析和MPA分析，MPA分析时采用范立础模型计算结构在进行IDA分析时所用的一系列地震波加速度峰值下的地震响应，将其结果和IDA结果进行比较分析，结果表明，由MPA法计算得到的结构能力曲线和时程分析能力曲线较为接近，对结构的弹塑性力学行为有较为一致的判断，故计算本文算例在特定地震强度下的地震响应或对其进行抗震性能评估时，MPA法均可以代替时程分析法，不仅精度满足实际工程应用，且大大减小了计算代价。
作者：	王德慧
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	张哲
授予学位：	博士
授予学位单位：	大连理工大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文