高墩大跨连续刚构桥地震反应分析
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摘要
随着我国交通事业的迅猛发展,大跨径连续刚构桥在桥梁工程领域得到了极大地推广和应用。这些大桥往往成为线路的生命线工程,一旦在地震中发生破坏,将造成巨大的经济损失。因此对大跨径连续刚构桥进行地震反应分析具有重要意义。
本文在简述地震反应分析基本理论的基础上,以郁江大桥为工程实例,对连续刚构桥进行了地震反应谱分析和时程分析。主要研究内容包括:
1、按是否考虑桩—土—结构相互作用和不同的下部结构形式即单薄壁墩和双薄壁墩,建立了4种动力学计算模型,分别分析了其动力特性。
2、对每种模型进行反应谱分析和一致激励下地震时程反应分析,并分别输入不同波速的地震波,进行了行波效应分析。
3、通过计算,考察了竖向地震动对结构地震反应的影响;比较了连续刚构桥采用不同下部结构形式即单薄壁墩和双薄壁墩的地震反应;讨论了桩—土相互作用和行波效应对结构地震反应的影响。
通过以上分析,得到了一些结论,主要包括:
(1)设置双薄壁墩改变了结构的振型序列,降低了结构的自振频率,减小了桥墩的剪力和弯矩,增大了桥墩的轴力。
(2)桩—土—结构相互作甩降低了结构的白振频率,增大了其位移反应。
(3)对比反应谱结果,一致激励时程分析得到的结果有增有减,结构设计时宜按较大值进行控制设计。
(4)考虑行波效应后,结构的内力和位移随波速的不同而增大或减小,设计时应根据实际场地情况,选择相应的地震波波速进行地震反应分析。
期望以上结论能对同类桥梁的抗震设计提供参考。
With the development of transportation, continuous rigid-framed bridges were extended and applied in bridge engineering. These bridges are lifeline engineering, once destroyed, it will bring great economic losses. It is necessary to make an analysis to the seismic response of continuous rigid-framed bridges.
In this thesis, taking Yujiang bridge as the research object, based on the basic theory of the seismic response analysis, two methods including response spectrum and time-history analysis of earthquake are applied to a continuous rigid-framed bridge. The main content in this thesis includes:
1. Establishing four calculation models of the bridge; considering the influence of the pile-soil interaction and different substructure; analyzing the dynamic characteristics of the four models respectively.
2. The seismic response of the four models were analyzed by response spectrum and dynamic time-history analysis methods. By changing the speed of the earthquake wave, the traveling-wave effect were analyzed.
3. The influences of the vertical seismic effect, pile-soil interaction and traveling-wave effect of earthquake wave were discussed. The results of seismic response between the single thin-wall piers model and the double thin-wall piers model were compared.
The main conclusions from above include:
(1) Setting double thin-wall piers changes the sequence of the vibration mode of the bridge, reduces the natural frequency of the bridge, decreases the shear and moment of the bridge and increases the axial force of the piers.
(2) The pile-soil interaction reduces the natural frequency and increases the displacement response of the bridge.
(3) Compared with the results of seismic response obtained by response spectrum, the results obtained by time-history analysis method increases or decreases, we should adopt the larger result when design.
(4) The internal force and the displacement of the bridge increases or decreases with the difference of the speed of the earthquake wave, we should choice the corresponding speed of the earthquake wave according to the actual ground soil when design.
It is expected to give some references for practical seismic design of similar bridges.
本文在简述地震反应分析基本理论的基础上,以郁江大桥为工程实例,对连续刚构桥进行了地震反应谱分析和时程分析。主要研究内容包括:
1、按是否考虑桩—土—结构相互作用和不同的下部结构形式即单薄壁墩和双薄壁墩,建立了4种动力学计算模型,分别分析了其动力特性。
2、对每种模型进行反应谱分析和一致激励下地震时程反应分析,并分别输入不同波速的地震波,进行了行波效应分析。
3、通过计算,考察了竖向地震动对结构地震反应的影响;比较了连续刚构桥采用不同下部结构形式即单薄壁墩和双薄壁墩的地震反应;讨论了桩—土相互作用和行波效应对结构地震反应的影响。
通过以上分析,得到了一些结论,主要包括:
(1)设置双薄壁墩改变了结构的振型序列,降低了结构的自振频率,减小了桥墩的剪力和弯矩,增大了桥墩的轴力。
(2)桩—土—结构相互作甩降低了结构的白振频率,增大了其位移反应。
(3)对比反应谱结果,一致激励时程分析得到的结果有增有减,结构设计时宜按较大值进行控制设计。
(4)考虑行波效应后,结构的内力和位移随波速的不同而增大或减小,设计时应根据实际场地情况,选择相应的地震波波速进行地震反应分析。
期望以上结论能对同类桥梁的抗震设计提供参考。
With the development of transportation, continuous rigid-framed bridges were extended and applied in bridge engineering. These bridges are lifeline engineering, once destroyed, it will bring great economic losses. It is necessary to make an analysis to the seismic response of continuous rigid-framed bridges.
In this thesis, taking Yujiang bridge as the research object, based on the basic theory of the seismic response analysis, two methods including response spectrum and time-history analysis of earthquake are applied to a continuous rigid-framed bridge. The main content in this thesis includes:
1. Establishing four calculation models of the bridge; considering the influence of the pile-soil interaction and different substructure; analyzing the dynamic characteristics of the four models respectively.
2. The seismic response of the four models were analyzed by response spectrum and dynamic time-history analysis methods. By changing the speed of the earthquake wave, the traveling-wave effect were analyzed.
3. The influences of the vertical seismic effect, pile-soil interaction and traveling-wave effect of earthquake wave were discussed. The results of seismic response between the single thin-wall piers model and the double thin-wall piers model were compared.
The main conclusions from above include:
(1) Setting double thin-wall piers changes the sequence of the vibration mode of the bridge, reduces the natural frequency of the bridge, decreases the shear and moment of the bridge and increases the axial force of the piers.
(2) The pile-soil interaction reduces the natural frequency and increases the displacement response of the bridge.
(3) Compared with the results of seismic response obtained by response spectrum, the results obtained by time-history analysis method increases or decreases, we should adopt the larger result when design.
(4) The internal force and the displacement of the bridge increases or decreases with the difference of the speed of the earthquake wave, we should choice the corresponding speed of the earthquake wave according to the actual ground soil when design.
It is expected to give some references for practical seismic design of similar bridges.
引文
[1]李国豪主编.桥梁结构稳定与振动.北京:中国铁道出版社,2003
[2]范立础,胡世德,叶爱君.大跨度桥梁抗震设计.北京:人民交通出版社,2001
[3]范立础.桥梁抗震.上海:同济大学出版社,1997
[4]顾安邦.桥梁工程.北京:人民交通出版社,2000
[5]范立础.桥梁工程.北京:人民交通出版社,1987
[6]范立础.桥梁延性抗震设计.北京:人民交通出版社,2001
[7]马保林.高墩大跨连续刚构桥.北京:人民交通出版社,2001
[8]周军生,楼庄鸿.国内外大跨径预应力混凝土连续刚构桥的现状和发展趋势.中国公路学会桥梁和结构工程学会一九九九年桥梁学术讨论会论文集.北京:人民交通出版社,1999
[9]T.Y.Lin,Ned H.Bums.Design of Pre-stressed Concrete Structure.John Wiley & Sons,1981
[10]Jacques Mathivat.The Cantilever Construction of Pre-stressed Concrete Bridges.John Wiley & Sons,1983
[11]刘作霖、徐兴玉,预应力T型刚构桥:北京:人民交通出版社,1982
[12]Walter Podolny.Construction and Design of Pre-stressed Concrete Segmental Bridge.John Wiley & Sons,1982
[13]杨高中.连续刚构桥在我国的应用和发展.中国公路学报,1998,(6)
[14]邬晓光,邵新鹏,万振江编著.刚架桥.北京:人民交通出版社,2001
[15]周勇军.高墩大跨曲线连续刚构桥梁地震响应的设计参数研究.长安大学博士学位论文,2006
[16]铁道第二勘察设计院主编.南昆铁路.成都:电子科技大学出版社,2005
[17]中华人民共和国铁道部.跨世纪中国铁路建设.北京:中国铁道出版社,2003
[18]中华人民共和国国家标准.GBJ111-87铁路工程抗震设计规范.北京:中国计划出版社,1989
[19]交通部公路规划设计院.JTJ004-89公路工程抗震设计规范.北京:人民交通 出版社,1999
[20]林万杰.大跨长联预应力混凝土连续梁桥地震反应分析.西南交通大学硕士学位论文,2006
[21]黄小国.连续刚构桥水平地震反应分析.长安大学硕士学位论文,2006
[22]张伟,刘建新,张茜,卢启焊.大跨径连续刚构桥地震反应分析.工程抗震及加固改造,2005,27(6)
[23]史小伟,李黎,杨军,夏正春.地震动空间变异性对大跨刚构桥地震反应的影响.公路交通科技,2006,23(1)
[24]王蕾,赵成刚,王智峰.考虑地形影响和多点激励的大跨高墩桥地震响应分析.土木工程学报,2006,39(1)
[25]丰硕,项贻强,汪劲丰.大跨径连续刚构桥的动力性能及地震响应分析.中南公路工程,2005,30(4)
[26]李忠献,史志利.行波激励下大跨度连续刚构桥的地震反应分析.地震工程与工程振动,2003,23(2)
[27]杨子江,赵会东,周世军.铁路曲线刚构桥地震反应分析.兰州铁道学院学报,1999,18(1)
[28]欧进萍.结构振动控制——主动、半主动和智能控制.北京:科学出版社,2003
[29]郭薇薇,夏禾.边支座纵向弹性约束对大跨度连续刚构桥地震反应的影响.世界地震工程,2002,18(1)
[30]王常峰,陈兴冲,夏修身.高墩大跨连续刚构桥抗震设计参数优化,公路交通科技,2006,23(4)
[31]单德山,李乔.铁路曲线梁桥抗震设计分析,重庆交通学院学报,2005,24(1)
[32]史志利,张建华,李忠献.一致激励下MR阻尼器对桥梁地震反应控制效果的研究.特种结构,2005,22(2)
[33]亓兴军,李小军,卢滔.行波效应对桥梁不同振动控制方法减震效果的影响分析.地震工程与工程振动,2006,26(5)
[34]杨风利.铁路桥梁减隔震设计方法及设计参数研究.北京交通大学博士学位论文,2007
[35]于泳波.减隔震桥梁的空间动力分析及动力试验.长安大学博士学位论文, 2004
[36]潘旦光,楼梦麟,范立础.多点输入下大跨径结构地震反应分析研究现状.同济大学学报,2001,29(17)
[37]李宏南.结构多维抗震理论设计方法.北京:科学出版社,1998
[38]Linzhong Deng,Michel Gholson.Ales Znidaric,Joan R.Cases.Nonlinear Flexural Behavior of Pre-stressed Concrete Girder Bridges.Journal of Bridge Engineering,2001,6(4)
[39]何度心等.桥梁抗震计算.北京:地震出版社,1991
[40]李国豪.工程结构抗震动力学.上海:上海科学技术出版社,1980
[41]王淑波.大型桥梁反应谱分析理论及应用研究.同济大学博士学位论文,1996
[42]于建华,谢用九.魏泳涛.高等结构动力学.成都:四川大学出版社,2001
[43]严新育.地震场地安全性评价.北京:人民交通出版社,1995
[44]彭俊生,罗永坤,彭地.结构动力学、抗震计算与SAP2000应用.成都:西南交通大学出版社,2007
[45]龙驭球,包世华主编.结构力学.北京:高等教育出版社,2001
[46]洪锦如.桥梁结构计算力学.上海:同济大学出版社,2001
[47]郑史雄,奚绍中,杨建忠.大跨度刚构桥的地震反应分析.西南交通大学学报.1997,32(6)
[48]铁道第三勘察设计院编.铁路工程设计技术手册桥涵地基与基础.北京:中国铁道出版社,2002
[49]北京迈达斯技术有限公司.MIDAS/Civil用户手册.北京:北京迈达斯技术有限公司
[50]焦振刚.预应力混凝土结构地震反应分析及反应谱的探讨.中国建筑科学研究院硕士学位论文,1995
[51][美]应用技术委员会著,钱钟毅译.美国公路桥梁抗震设计准则.北京:人民交通出版社,1988
[52]王亚勇.结构抗震设计时程分析法中地震波的选择.工程地震,1998
[2]范立础,胡世德,叶爱君.大跨度桥梁抗震设计.北京:人民交通出版社,2001
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[49]北京迈达斯技术有限公司.MIDAS/Civil用户手册.北京:北京迈达斯技术有限公司
[50]焦振刚.预应力混凝土结构地震反应分析及反应谱的探讨.中国建筑科学研究院硕士学位论文,1995
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