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原文传递大跨铁路矮塔斜拉桥地震反应分析及减隔震研究

论文题名：	大跨铁路矮塔斜拉桥地震反应分析及减隔震研究
关键词：	矮塔斜拉桥;时程反应分析;减隔震性能;铅芯橡胶支座;有限元模型
摘要：	矮塔斜拉桥是一种组合体系,它的几何特性和力学特性介于普通斜拉桥和连续梁之间。我国对矮塔斜拉桥的研究和分析相对其他国家滞后,开始建设也相对较晚。矮塔斜拉桥在地震反应方面的研究和减隔震方面的研究相对薄弱。介于此,本文针对现阶段正在设计的三堆子金沙江矮塔斜拉桥,对其进行地震反应分析和减隔震研究,为该桥后期抗震设计提供参考。本文运用有限元软件Midas/civil建立了三堆子金沙江矮塔斜拉桥的有限元模型,并进行了以下研究: 　　(1)在对拉索进行模拟时,首先判断了矮塔斜拉桥的斜拉索是否需要考虑垂度效应,经计算发现该矮塔斜拉桥的斜拉索材料等效弹性模量与弹性模量相差仅0.437‰,相差很小,所以在建立有限元模型过程中可以不计拉索的垂度效应影响。　　(2)为了较准确的计算地震作用下矮塔斜拉桥的地震反应,模型中考虑了桩-土效应对该矮塔斜拉桥的影响。在模型中用“m”法计算结构的桩-土效应。在该桥的动力特性研究中发现,考虑桩-土效应的弹性地基与不考虑桩-土效应的刚性地基计算结果有差别,弹性地基的矮塔斜拉桥自振周期比刚性地基的自振周期大而频率小,而且两种地基条件下的振型变化不同。在自振特性计算中得到,该矮塔斜拉桥的第200阶振型可以满足振型参与质量达总质量的90％以上的精度要求。第200阶振型在X方向(纵桥向平动)、Y方向(横桥向平动)和Z方向(竖桥向平动)的振型参与质量分别是99.69%、98.99%、91.83%。　　(3)在地震反应谱分析中,考虑地震力分别作用于该矮塔斜拉桥的纵桥向、横桥向和竖桥向时引起的内力和位移的变化,并参考欧洲规范的地震组合方法,研究三向组合作用下该矮塔斜拉桥的内力、位移和应力的变化情况。　　(4)在地震弹性时程反应分析中,根据三堆子金沙江矮塔斜拉桥所在场地的类型、地震烈度及场地特征周期等,在Midas中选出三条记录地震波。将三条波分别从该矮塔斜拉桥的纵桥向、横桥向和竖桥向输入,分别得到地震作用下的内力和位移变化情况,并绘制特殊部位的内力和位移时程曲线。经比较选出三条波结果中最大者与反应谱所得结果进行对比,得出时程反应的结果比反应谱的结果大,在减隔震研究中用时程反应分析法进行计算比较合理。　　(5)在介绍了减隔震的原理后,根据基于位移的隔震设计方法,设计了适于该桥桥墩和桥台的铅芯橡胶支座。在Midas中输入设计的铅芯橡胶支座的铅芯屈服荷载、弹性刚度、屈服后刚度和弹性刚度之比、滞后参数等。对该桥有限元模型进行非线性的时程反应分析。将所得结果与未采取减隔震措施的时程反应结果进行对比。得出采取隔震措施的结构基底时程反应结果比未采取隔震措施的时程反应结果要小,而该桥的基本周期延长了1.7倍,可以有效的避开地震能量的集中,从而降低该桥的地震反应。由此可以说明设计的铅芯橡胶支座具有较好的减震效果。铅芯橡胶支座在地震作用下的位移在设计范围内,说明设计的铅芯橡胶支座是合理的。
作者：	李永成
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	刘世忠
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文