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原文传递大跨度钢管混凝土拱桥动力性能研究

论文题名：	大跨度钢管混凝土拱桥动力性能研究
关键词：	大跨度钢管混凝土拱桥;动力性能;结构设计参数;迭代分析法
摘要：	钢管混凝土拱桥以其材料力学性能良好、结构型式合理和便于施工的优点，近十几年来在我国得到了迅速的发展，数量及跨径不断增大。然而在钢管混凝土拱桥的设计中设计者较少考虑其动力特性，也缺少相关的规范，因此该类型桥梁的动力性能研究日益引起广泛重视。　　钢管混凝土拱桥动力分析的内容包括：模态分析，车振分析，地震分析和风振分析。钢管混凝土拱桥的动力特性与动力性能有其自身的特点，研究表明，其面内、面外基频均大于结构较柔的斜拉桥和悬索桥的基频，但又小于一般刚性拱桥的基频。此外，大跨度钢管混凝土拱桥的风振分析研究很少，因与斜拉桥和悬索桥相比，结构刚度较大，抗风能力强，抖振的影响较小。因此本文对大跨度钢管混凝土拱桥进行动力特性分析、车桥藕合振动分析以及地震激励下的动力响应分析，并对主要结构设计参数及结构形式的影响进行了比较。　　模态分析是进行动力响应分析和结构健康监测的基础，通过它可以得到结构的振型和频率，对钢管混凝土拱桥的动力性能做出初步评价。拱桥的固有振动分析是一个特征值问题，振型的近似性不会给其对应的频率带来很大的影响。现有对单肋拱基频计算公式的推导基于如下假定：认为桥面系无刚度贡献，并将桥面系质量等效到拱肋上。本文采用瑞利里兹法，考虑到拱肋和桥面系的刚度和质量空间分布，推导出了下承式拱梁组合体系的基频计算公式，给出了各积分常数表格；对影响基频的结构设计参数，如矢跨比、桥面系与拱肋的刚度比和质量比等，进行了详细分析，给出了各设计参数的影响趋势；考虑到钢管混凝土拱桥动力特性的影响因素比较复杂，如各结构设计参数、横撑布置方式等，通常钢管混凝土拱桥的动力特性通过实际桥梁的振型、频率、阻尼和动挠度测试得到。本文采用空间有限元法对钢管混凝土拱桥进行结构空间模态参数分析，主要考虑了包括矢跨比、宽跨比、悬链线等结构设计参数、结构型式和边界条件的影响，进行了基于动力性能的影响因素分析。　　车辆桥梁藕合振动实质上是一个随机强迫振动问题，通过桥面和汽车间的自由度协调条件，对车桥藕合振动方程进行解藕，采用迭代分析法进行分析，用路面功率谱表示的随机路面平整度理论来描述桥面平整度，以考虑桥面平整度对车桥藕合振动的影响。详细研究了钢管混凝土拱桥主要结构设计参数、车辆行驶速度、车辆行驶方向、车辆刹车制动力和桥面等级等因素对大跨度钢管混凝土拱桥冲击系数的影响，得出了一些有益的结论。　　本文还介绍了非平稳随机地震动场的模拟，并编制程序生成了人工地震波；介绍了工程设计常用的一致输入地震波作用下的结构动力平衡方程，进行了一致激励下钢管混凝土拱桥动力响应的参数敏感性分析，得到的结论可供工程设计人员参考；并对上、中、下承式钢管混凝土拱桥在一致激励、行波输入和多点激励等不同地震波输入方式下的动力响应进行对比分析，其结论可为同类型桥梁的抗震设计和规范的修订和完善提供参考。
作者：	孙航
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	盛洪飞
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文