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三跨预应力混凝土部分斜拉桥动力特性及地震反应特性研究

蔡鹏程  
【摘要】:部分斜拉桥是近年来发展起来的一种新型概念的桥梁体系,其结构体系多变,具有刚柔相济的结构特点。目前,国内外对其动力性能的研究较少,至于系统性的研究还是空白。研究该新型桥梁体系的动力特性和地震反应特性,为其抗震设计提供依据和参考,是一项亟待解决的工作。本文以国内首座公路双塔三跨预应力混凝土部分斜拉桥为工程背景,建立三跨预应力混凝土部分斜拉桥基准有限元模型,重点研究该新型桥梁体系的动力特性和地震反应特性,以及索、塔对该桥梁结构体系动力性能的影响。 本文首先根据三跨部分斜拉桥设计参数的统计结果,选取9个参数作为变量进行动力特性参数敏感性分析,9个参数分别是支承条件、塔旁无索区长度、拉索间距、索面形式、主塔高跨比、主塔截面刚度、边主跨比、主梁高跨比和斜拉索截面面积,并引入索、塔参数动力影响度概念,定量分析三跨部分斜拉桥的动力特性。研究结果表明:三跨部分斜拉桥的动力特性更接近连续梁桥(刚构桥),索、塔参数对结构动力特性的影响较小,主要影响主梁面内竖弯振型,影响度小于15%;边主跨比参数主要影响主梁侧弯振型,对主梁竖弯和塔墩的振动影响较复杂;主梁高跨比参数主要影响主梁竖弯振型,振型频率随主梁高跨比增大显著提高;支承条件参数变化对各振型都有影响,而且影响程度比较大。 在动力研究成果的基础上,选取支承条件、边主跨比、主梁高跨比和主塔高跨比四个参数进行地震反应分析,并提出索、塔参数地震反应影响度概念,定量分析索、塔参数对三跨部分斜拉桥地震反应的影响规律。研究结果表明:索、塔的存在使得三跨部分斜拉桥的地震反应对体系参数变化反映非常敏感,有些参数取值下,索、塔放大地震反应,有些参数取值下却有减小地震反应的作用;正交三跨部分斜拉桥在地震作用下不会有空间耦联性;采用板式橡胶支座对该桥梁结构抗震最有利;在不同方向的地震动作用下,参数变化对三跨部分斜拉桥地震反应的影响规律不同。


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