大跨径曲线箱梁桥悬臂施工过程地震响应分析

作     者：吴跃辉 

作者单位：郑州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宋国华

授予年度：2016年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：曲线梁桥 悬臂施工 模态 谱分析 地震响应 

摘      要：随着我国交通运输事业的迅速发展,曲线桥在实际工程中的应用也越来越多。大跨曲线桥线型流畅多变,跨度大,环境适应性强,能够适应各种不利地形。跨度大、施工周期长、平面曲线复杂等特点使得大跨径曲线箱梁桥在施工过程中地震响应的分析显得尤为重要,而国内外学者对此研究较为匮乏。本文以马金任河大桥为背景,考虑桩土的相互作用,建立各施工阶段有限元模型,通过自振特性分析、反应谱分析、时程分析等对结构在施工过程中的地震响应进行全面的剖析,力求得到动力特性的变化规律并判定出最大地震响应的施工工况及截面位置以供设计人员参考。主要得到以下研究成果:(1)大跨曲线箱梁桥在施工过程中随着悬臂长度的增大,结构基本周期逐渐增大,结构越来越柔,且顺桥向、横桥向及扭转刚度均逐渐减小,成桥状态较施工阶段的基本周期有所减小。(2)施工阶段各工况下扭转及竖移振型在低阶振型中所占比例很高,而成桥状态下这一比例很低,通过对各主振型首次出现阶数的统计,得出横桥向刚度随着施工的进行而有所增大,扭转刚度则越来越小,但在成桥时有所增大,在施工前期及中期纵桥向刚度最弱,而竖向刚度一直较大,随着施工的进行有所减小,不过始终不占主要作用。(3)在各施工工况下横桥向平动、顺桥向平动及竖移振型由低阶振型控制,扭转振型在施工初期由高阶振型控制,在施工中后期控制振型阶数降低。(4)求得地震作用最不利的输入方向,进行反应谱及时程分析,结果表明大跨径曲线箱梁桥地震响应最不利工况可能出现在施工过程中,通过对梁和墩所有模型节点、单元在各工况下的地震响应峰值分析,判定结构在各施工阶段最大地震响应的节点与单元,从而选定地震作用分析的控制截面,此为本文的创新所在。(5)将时程分析结果与反应谱分析结果进行对比,使用该两种方法分析时结构内力及位移响应规律类似,响应峰值较为接近,控制截面的判定结果也大致相同,可为设计人员提供参考。