辅助墩对大跨径结合梁斜拉桥动静力学性能的影响分析

发布时间：2020-05-12 11:10

【摘要】：随着科学技术的不断进步和交通运输系统的不断发展,斜拉桥以其跨度大、受桥下净空影响小的特点在公路桥梁中得到了普遍的应用。辅助墩在斜拉桥边跨是非常重要的构件,通常通过在边跨设置辅助墩的方式来提高斜拉桥的整体刚度。本文以陕西某黄河大桥为依托工程,研究了辅助墩对大跨径结合梁斜拉桥动静力学性能的影响。通过CSiBridge软件建立有限元模型,分析确定了辅助墩设置的最优位置,以及辅助墩数量对斜拉桥动静力学性能的影响,本文研究内容如下:1、简单介绍了结合梁斜拉桥的发展历程和结构特征、辅助墩的研究现状以及大跨径斜拉桥的动力性能研究现状。2、根据所依托的斜拉桥,本论文拟建增设一个辅助墩以及增设两个辅助墩的模型。并研究一个辅助墩和两个辅助墩模型设置时辅助墩的合理位置。3、根据研究确定的辅助墩合理位置,建立三种方案的有限元模型。利用弯曲能量最小法确定三种方案下的合理成桥状态,并分析辅助墩数量对结构在活载作用下的主梁、主塔、拉索的应力以及主梁变形的影响。得出对依托工程斜拉桥静力性能最有利的方案。4、介绍大跨径斜拉桥常用的动力学分析方法,计算三种方案下斜拉桥的自振特性包括自振频率以及振型特点,对比分析辅助墩数量对斜拉桥动力特性的影响。5、介绍大跨径斜拉桥常用的抗震性能分析方法,采用反应谱法以及时程分析法进行地震响应分析,每种方法地震动均使用两种输入形式:1)纵向+竖向;2)横向+竖向。通过对比辅助墩数量对斜拉桥主塔、辅助墩和过渡墩以及主梁关键截面的内力,同时对比斜拉桥各个关键点位移的地震响应的变化规律。得出对依托工程斜拉桥动力性能最有利的方案。本文研究成果及结论如下:在原斜拉桥无辅助墩设计的基础上,确定了一个辅助墩和两个辅助墩模型中辅助墩设置的合理位置;辅助墩的设置可以改善斜拉桥的静力力学性能,但在设置一个辅助墩之后继续增设辅助墩,对斜拉桥静力的改善有限;辅助墩可以提高桥梁的整体刚度,对前四阶模态的频率影响显著,增加辅助墩可以明显有效的提高斜拉桥竖向刚度、提高抗竖向变形的能力,其次可以有效的减小主梁的纵飘;反应谱分析和时程分析得出的斜拉桥各个关键截面响应的变化规律虽不尽相同,但总体分析其变化率,可知,不设置辅助墩对该斜拉桥的地震响应更为有利。
【图文】：

主塔,几何特征,单位,护栏

9图 2.3 主塔几何特征（单位：cm）三沉降带复合部位，结构繁杂。该地震带有较强的活动梁抗震研究。术标准如下：级：一级公路；度：80km/h；载等级：公路Ⅰ级；构设计基准期：100年；度：主梁全宽30.25m（含布索区），主梁全断面包括两桥面不含布索区宽度为27m：具体组成为0.5（外侧护栏带护栏）+12.75（行车道）+0.5（外侧护栏）m；

斜拉桥,主梁,转角,边界条件

采用"鱼刺骨”模型模拟主梁和拉索之间的联系（即建立刚性连接）；索选用框架单元，用直杆代替柔性结构，目标是用等效弹性模量法来消除其非线性的影响用连接单元模拟模型的边界条件，并使其与实际斜拉桥结构的边界条件相符合，主塔底部、塔梁位置处、主梁与过渡墩的边界条件情况如表 2.1 所示。基于上述方法，本文建立了斜拉桥的模型，如图 2.4 所示。表 2.1 斜拉桥的边界约束条件连接部位 UX UY UZ RX RY RZ主梁与索塔 0 1 1 0 0 0主梁与过渡墩 1 0 0 1 0 0 0主梁与过渡墩 2 0 1 1 0 0 0索塔、墩柱底部 1 1 1 1 1 1附注：UX、UY、UZ 分别为纵、横、竖向的位移；R1 为绕沿桥向转角；R2 为绕横桥向转角；R为绕竖向转角。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U448.27

【参考文献】