考虑行波效应的大跨度三塔悬索桥减震控制研究

发布时间：2017-10-06 14:03

  本文关键词：考虑行波效应的大跨度三塔悬索桥减震控制研究

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【摘要】：大跨度三塔悬索桥是一种较为新颖的悬索桥桥型,相对于传统的两塔悬索桥,中塔的引入使得其动静力特性更趋复杂,该桥型的抗震性能在桥梁工程领域也备受关注。本文以某大跨度三塔悬索桥为工程背景,在对该桥进行地震响应分析的基础上,重点开展了基于弹性拉索、粘滞阻尼器和软钢阻尼器的大跨度三塔悬索桥减震控制研究,以期为大跨度多塔悬索桥的减震设计及分析提供参考。本文主要研究内容包括：(1)三塔悬索桥有限元建模及其动力特性分析。根据结构设计参数,在ANSYS中建立了三塔悬索桥的空间有限元模型,并采用子空问迭代法计算了该桥的模态参数,在此基础上分析了大质量法中塔底增设大质量单元对结构动力特性的影响,结果表明：塔底增设大质量单元对三塔悬索桥自身动力特性的影响可忽略不计。(2)三塔悬索桥地震响应分析。选取多条典型地震波,分别采用加速度法和大质量法进行一致输入下的结构地震响应分析,并验证了大质量法在结构地震响应分析中的可行性。据此,进一步开展了三塔悬索桥行波效应分析,并与一致输入下的地震响应进行了对比。研究结果表明：在低视波速下,结构响应(塔梁相对位移、塔柱底部反力、边缆内力等)随着视波速的增加存在明显振荡；在高视波速下,结构地震响应趋近于一致输入的计算结果。(3)三塔悬索桥两类常用减震装置的减震效果分析。在塔梁连接处分别设置弹性拉索和粘滞阻尼器后,分别开展一致输入下和考虑行波效应的三塔悬索桥减震分析。研究结果表明：弹性拉索和粘滞阻尼器均可有效控制塔梁相对位移,但采用弹性拉索会明显增加塔底剪力；考虑行波效应时,结构地震响应随着视波速的增加显著变化,在低视波速区间振荡现象最为明显。(4)三塔悬索桥软钢阻尼器减震效果分析。基于已有软钢阻尼器参数进行三塔悬索桥减震分析,并开展软钢阻尼器减震效果的参数敏感性研究,从而确定适用于该桥的软钢阻尼器参数。在此基础上,进一步研究考虑行波效应时的软钢阻尼器减震效果。研究结果表明：随着弹性刚度的增加,软钢阻尼器对塔梁相对位移的控制效果越趋明显,但中塔塔底剪力也显著增加。(5)三种减震装置控制效果的对比。从结构内力与位移响应的角度,对三种减震装置的控制效果进行了对比,对比结果表明：弹性拉索和软钢阻尼器对塔梁相对位移具有较好的控制效果,但均会明显增加主塔塔底内力；粘滞阻尼器对塔梁相对位移的控制效果略差于弹性拉索和软钢阻尼器,但其对于塔底内力的影响远远小于其他两种减震装置,即粘滞阻尼器在不显著增加塔底内力的基础上可较好地控制塔梁相对位移。
【关键词】：三塔悬索桥 地震响应 弹性拉索 粘滞阻尼器 软钢阻尼器 减震控制
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U442.55;U448.25
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-23
• 1.1 引言10
• 1.2 三塔悬索桥发展概况10-15
• 1.2.1 悬索桥发展史10-13
• 1.2.2 多塔悬索桥的起源与发展13-15
• 1.3 三塔悬索桥抗震性能研究现状15
• 1.4 三塔悬索桥减震控制研究现状15-18
• 1.4.1 弹性连接的研究与应用现状16
• 1.4.2 粘滞阻尼器的研究及应用现状16-17
• 1.4.3 软钢阻尼器研究及应用现状17-18
• 1.5 本文主要研究内容18
• 参考文献18-23
• 第二章 大跨度三塔悬索桥有限元建模及动力特性分析23-36
• 2.1 引言23
• 2.2 结构动力特性分析理论23-25
• 2.2.1 古典解析法23
• 2.2.2 近似计算法23-25
• 2.2.3 数值方法25
• 2.3 工程背景及有限元建模25-29
• 2.3.1 三塔悬索桥工程简介25-27
• 2.3.2 三塔悬索桥有限元建模27-29
• 2.4 结构动力特性分析29-34
• 2.4.1 基于ANSYS的悬索桥模态分析方法29-30
• 2.4.2 三塔悬索桥桥动力特性分析30-33
• 2.4.3 大质量对三塔悬索桥动力特性的影响33-34
• 2.5 本章小结34
• 参考文献34-36
• 第三章 大跨度三塔悬索桥地震反应分析36-54
• 3.1 引言36
• 3.2 时程分析基本理论36-38
• 3.2.1 一致输入36-37
• 3.2.2 非一致输入37-38
• 3.3 一致输入下三塔悬索桥地震时程分析38-45
• 3.3.1 地震波的选取38-40
• 3.3.2 一致输入地震响应时程分析40-45
• 3.4 三塔悬索桥行波效应分析45-51
• 3.4.1 地震波行波效应分析45-48
• 3.4.2 与一致输入地震响应对比分析48-51
• 3.5 本章小结51
• 参考文献51-54
• 第四章 三塔悬索桥两类常用减震装置的减震效果分析54-76
• 4.1 引言54
• 4.2 三塔悬索桥弹性拉索减震效果分析54-64
• 4.2.1 弹性拉索在ANSYS中的模拟54-55
• 4.2.2 合理“边-中塔”弹性拉索刚度比的确定55-56
• 4.2.3 一致输入下三塔悬索桥弹性拉索减震效果分析56-59
• 4.2.4 考虑行波效应的三塔悬索桥弹性拉索减震效果分析59-64
• 4.3 三塔悬索桥粘滞阻尼器减震效果分析64-72
• 4.3.1 粘滞阻尼器的基本构造及其力学模型64-65
• 4.3.2 一致输入下三塔悬索桥粘滞阻尼器减震效果分析65-68
• 4.3.3 考虑行波效应的三塔悬索桥粘滞阻尼器减震效果分析68-72
• 4.4 本章小结72-73
• 参考文献73-76
• 第五章 三塔悬索桥软钢阻尼器减震效果分析及对比76-92
• 5.1 引言76
• 5.2 软钢阻尼器的力学模型76-77
• 5.3 软钢阻尼器的参数敏感性分析77-79
• 5.3.1 屈服荷载77
• 5.3.2 弹性刚度77-79
• 5.4 三塔悬索桥软钢阻尼器的减震效果分析79-84
• 5.4.1 一致输入下三塔悬索桥软钢阻尼器减震效果分析79-80
• 5.4.2 考虑行波效应的三塔悬索桥软钢阻尼器减震效果分析80-84
• 5.5 三种减震装置减震效果对比84-89
• 5.5.1 一致输入下三种减震装置的减震效果对比84-86
• 5.5.2 考虑行波效应的各减震装置减震效果对比86-89
• 5.6 本章小结89
• 参考文献89-92
• 第六章 总结与展望92-94
• 6.1 主要研究工作及结论92-93
• 6.2 研究工作展望93-94
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果94-95
• 致谢95

【参考文献】

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本文编号：983166