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钢-混凝土板组合桁架桥随机地震反应分析

王丹  
【摘要】:钢桁架结构是目前常见的一种桥梁结构,由于重量轻,节省材料,施工简单快捷等众多优点,被广泛用于公路桥梁和铁路桥梁。但它本身也存在一定的缺点,例如普通钢桁架桥大多采用钢板作为桥面板,钢板虽然重量轻,但是比较容易疲劳破坏,这种问题一直以来都是较难克服的;也有些桁架桥梁的桁架是钢筋混凝土材质的,由于混凝土的抗拉能力极差,致使桥梁的受力能力受到限制。钢-混凝土板组合桁架结构是一种新型大跨度结构,钢桁架受拉,混凝土桥面板受压,这两种材料各自发挥自身优点并完美配合,改善了传统桁架结构的不足,可以较好地应用在大跨度的高速公路或铁路桥梁建设中,同时还可以合理地应用在公铁两用类桥梁中。目前对于这种结构桥梁的研究,重点仍在施工技术和节点的受力分析方面,抗震性能方面的研究远远不足。因此,本文借用有限元分析软件Ansys对大跨度钢-混凝土板组合桁架桥进行地震动力学特性进行分析,主要研究内容如下:1.简要介绍了钢桥的发展历史,总结了钢-混凝土板组合桁架桥的发展现状和前景,阐述了随机理论在桥梁抗震方向上的研究进展。2.介绍了随机振动分析理论,并以随机振动理论为基础,详细推导了随机地震作用下结构的数学计算形式和地震反应动力学方程,根据其发展历程,详细介绍了现有的地震功率谱模型,综述了这些模型的优缺点,并给出了地震动空间效应的计算公式,对其中几种常用的相干效应模型进行了介绍。3.研究了大跨度钢-混凝土板组合桁架桥基本动力特性。通过对钢-混凝土板组合桁架结构进行简化,在ANSYS中创建该桥梁的有限元计算模型,结合实际情况合理地设置模型的相关计算参数。对钢-混凝土板组合桁架结构进行模态分析。得到前100阶自振频率、振型并列出前6阶做相应的分析。4.展开对钢-混凝土板组合桁架桥的随机地震响应分析。利用随机振动理论对结构进行一致激励下随机地响应震分析,并采用时程分析法进一步验证。合理地选取空间效应模型及相关参数,开展在地震动空间特性条件下的钢-混凝土板组合桁架桥随机地震响应分析。首先分别研究相干效应、行波效应以及局部场地效应下的响应结果,接着将三类空间效应进行组合,综合分析地震动空间特性对钢-混凝土板组合桁架桥随机地震响应的影响,并与一致激励下的结果进行对比分析。


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