大跨度钢桁拱桥高阶振型影响分析及减震研究
发布时间：2021-03-26 19:39
大跨度钢桁拱桥由于其自重轻、跨越能力大、外形优美等诸多优点,近年来在我国西部山区修建较多,然而我国西部多为高烈度地震区,地震作用往往控制拱桥的设计。大跨度钢桁拱桥地震反应复杂,主要体现在高阶振型对其地震反应的影响不可忽略,主拱圈轴压比较大导致延性设计困难。因此对大跨度钢桁拱桥进行抗震设计时,应该在正确地震反应分析的基础上,采用有效的减隔震措施来减小地震反应,尽量使主拱圈保持在弹性范围内。鉴于此,本文主要开展了以下工作:（1）阅读大量国内外相关文献,总结了大跨度钢桁拱桥的动力特性、地震反应特征及减隔震技术研究现状。以某1-490m上承式钢桁拱桥为研究对象,采用Midas/Civil有限元软件建立全桥有限元计算模型,分析了该桥的主要动力特性特征。（2）基于振型分解反应谱法的结构质点惯性力计算公式,通过将反应谱分析与静力分析相结合,提出了从结构整体地震反应中分离出某一阶特定振型所对应的地震反应的方法。该方法为本文研究高阶振型对大跨钢桁拱桥地震反应的影响规律奠定了基础。（3）基于本文提出的分离特定振型对结构地震反应贡献的方法,深入研究了不同地震动激励下主控振型对大跨钢桁拱桥的地震反应规律。研究...
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
重庆朝天门大桥
年云南盈江地震、2013 年四川芦山地震、2014 年云南普洱地震及新疆于田地震，均给我国造成了巨大人员伤亡和财产损失[2]。历次地震灾难分析表明，生命线工程破坏是造成人员伤亡的重要原因之一。而桥梁作为交通运输的咽喉，在地震中能否经受住考验，直接影响到救援队伍能否及时赶到灾区，挽救人民的生命和财产安全。我国西南、西北地区地形复杂，表现为地面高差大、冲沟发育、横坡陡直等特点，在修建的公路和铁路中桥隧长度比例较高，部分桥隧长度比高达 70%[3,4]。拱桥因其经济、实用、美观、耐久而成为山区最常用的桥型之一，在我国西部山区修建较多。拱桥一般适用于地质条件好的河谷地区，通常采用一孔跨越，可布置成上承式或下承式。拱桥的力学特征决定其自身具有较好的竖向刚度，适合公路桥、铁路桥以及公铁两用桥；拱圈主要承受轴向压力，截面应力受力均匀，材料利用率较高。大跨钢桁拱桥由于其外形美观、桥上视野开阔、跨越能力大、便于无支架施工等优点，一般用于跨越深沟、V形峡谷，近年来在我国西南山区修建较多，如重庆朝天门大桥（图 1.1）、大胜关长江大桥（图 1.2）、贵州纳界河大桥（图 1.3）、大宁河特大桥（图 1.4）、大瑞铁路怒江特大桥等。
图 1.3 纳界河特大桥 图 1.4 大宁河特大桥2008 年汶川地震中，有 297 座拱桥出现不同程度的震害[5,6]，其中震害主要发生在拱脚（见图 1.5、图 1.6）、拱上立柱（见图 1.7）、拱肋 K 撑（见图 1.8）、横系梁等部位。调研近年来发生的几次大地震，除汶川地震中桥梁严重破坏之外，其他几次地震均给桥梁造成的破坏比较轻微，受破坏严重的拱桥很少[7]。在汶川地震中发生震害的拱桥主要是钢筋混凝土拱桥和圬工拱桥，笔者暂时没有收集到有关我国大跨钢拱桥震害的资料。在日本 Kobe 大地震中，主跨 214m 的下承式钢拱桥（Rokko-Island Bridge）发生了拱上横撑屈曲的震害，见图 1.9。虽然暂时没有收集到有关大跨度钢桁拱桥的震害资料，但是根据拱桥共有的一些受力特征，可以肯定大跨度钢桁拱桥的拱脚、拱上立柱、横撑也是地震中容易受损坏的部位。相关研究表明[8]：在高烈度地震区修建钢拱桥，地震作用将成为控制拱桥的设计因素。大跨度拱桥的地震反应非常复杂，导致传统的抗震设计理念不能满足拱桥的抗震设计[9]。地震反应的复杂性主要体现在：（1）高阶振型的影响不可忽略。地震中大跨度拱桥的拱肋横向联系、拱肋腹杆、拱上立柱横撑等细部构件的破坏，通常是由高阶振型引起的地震反应控制。（2）主要承重构件—主拱圈的轴压比一般都比较高，延性设计比
本文编号：3102138
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
重庆朝天门大桥
年云南盈江地震、2013 年四川芦山地震、2014 年云南普洱地震及新疆于田地震，均给我国造成了巨大人员伤亡和财产损失[2]。历次地震灾难分析表明，生命线工程破坏是造成人员伤亡的重要原因之一。而桥梁作为交通运输的咽喉，在地震中能否经受住考验，直接影响到救援队伍能否及时赶到灾区，挽救人民的生命和财产安全。我国西南、西北地区地形复杂，表现为地面高差大、冲沟发育、横坡陡直等特点，在修建的公路和铁路中桥隧长度比例较高，部分桥隧长度比高达 70%[3,4]。拱桥因其经济、实用、美观、耐久而成为山区最常用的桥型之一，在我国西部山区修建较多。拱桥一般适用于地质条件好的河谷地区，通常采用一孔跨越，可布置成上承式或下承式。拱桥的力学特征决定其自身具有较好的竖向刚度，适合公路桥、铁路桥以及公铁两用桥；拱圈主要承受轴向压力，截面应力受力均匀，材料利用率较高。大跨钢桁拱桥由于其外形美观、桥上视野开阔、跨越能力大、便于无支架施工等优点，一般用于跨越深沟、V形峡谷，近年来在我国西南山区修建较多，如重庆朝天门大桥（图 1.1）、大胜关长江大桥（图 1.2）、贵州纳界河大桥（图 1.3）、大宁河特大桥（图 1.4）、大瑞铁路怒江特大桥等。
图 1.3 纳界河特大桥 图 1.4 大宁河特大桥2008 年汶川地震中，有 297 座拱桥出现不同程度的震害[5,6]，其中震害主要发生在拱脚（见图 1.5、图 1.6）、拱上立柱（见图 1.7）、拱肋 K 撑（见图 1.8）、横系梁等部位。调研近年来发生的几次大地震，除汶川地震中桥梁严重破坏之外，其他几次地震均给桥梁造成的破坏比较轻微，受破坏严重的拱桥很少[7]。在汶川地震中发生震害的拱桥主要是钢筋混凝土拱桥和圬工拱桥，笔者暂时没有收集到有关我国大跨钢拱桥震害的资料。在日本 Kobe 大地震中，主跨 214m 的下承式钢拱桥（Rokko-Island Bridge）发生了拱上横撑屈曲的震害，见图 1.9。虽然暂时没有收集到有关大跨度钢桁拱桥的震害资料，但是根据拱桥共有的一些受力特征，可以肯定大跨度钢桁拱桥的拱脚、拱上立柱、横撑也是地震中容易受损坏的部位。相关研究表明[8]：在高烈度地震区修建钢拱桥，地震作用将成为控制拱桥的设计因素。大跨度拱桥的地震反应非常复杂，导致传统的抗震设计理念不能满足拱桥的抗震设计[9]。地震反应的复杂性主要体现在：（1）高阶振型的影响不可忽略。地震中大跨度拱桥的拱肋横向联系、拱肋腹杆、拱上立柱横撑等细部构件的破坏，通常是由高阶振型引起的地震反应控制。（2）主要承重构件—主拱圈的轴压比一般都比较高，延性设计比
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