曲線箱梁橋狀態(tài)傳遞理論研究.pdf

1、隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展、西部大開發(fā)和城市化進程的加速，各種曲線橋結(jié)構(gòu)在我國已經(jīng)被廣泛采用。曲線粱橋線條流暢，意境生動，給人以美的享受；能夠很好的適應(yīng)地形、地物限制的要求，使交通線路的布置趨于合理和科學(xué)。無論從幾何、美學(xué)，還是經(jīng)濟角度來看，曲線橋都有著重要的現(xiàn)實意義和良好的發(fā)展前景。但是，由于曲率的影響，曲線粱橋在平面內(nèi)存在著縱橫方向的耦合，在平面外存在著彎矩和扭矩的耦合，結(jié)構(gòu)力學(xué)及動力特性十分復(fù)雜。隨著科學(xué)技術(shù)的進步和施工機械化的發(fā)展，曲線

2、橋的跨度越來越大。地震反應(yīng)分析是評價大跨度橋梁抗震設(shè)計水平和結(jié)構(gòu)安全性的一個重要方面。對大跨度橋梁進行地震反應(yīng)分析時，需要考慮多點地震輸入的影響已成為國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工程界的共識。但是。由于其力學(xué)特性的復(fù)雜性和采用方法的不同以及出發(fā)點的不一致，關(guān)于曲線箱梁橋的動力特性、抗震理論和相關(guān)技術(shù)還不成熟，導(dǎo)致目前缺乏對曲線粱復(fù)雜動力性能全面、精確的分析，致使已建成的和正在建的曲線箱粱橋存在很多的未知隱患，有些甚至是致命性的。因此，本文試圖建立一種

3、簡潔、易懂、思路清晰、計算精度高且應(yīng)用性較強的計算分析方法，為這類結(jié)構(gòu)體系的分析研究提供理論依據(jù)和計算分析方法。
　　 本研究分為九個部分：第一章詳細地研究分析了曲線粱橋分析方法的研究進展和傳遞矩陣法的研究現(xiàn)狀及其應(yīng)用?？偨Y(jié)了當(dāng)前曲線粱分析方法及傳遞矩陣法的最新研究進展，并提出了傳統(tǒng)傳遞矩陣法的不足之處。第二章基于傳遞矩陣原理，結(jié)合曲線粱的變形微分方程的閉合解，對曲線粱橋的傳遞矩陣進行了認真、完善的推導(dǎo)。提供了曲線箱形梁場傳遞矩

4、陣的具體表達式；并根據(jù)結(jié)構(gòu)的振動原理，建立了曲線梁橋的振動傳遞矩陣?yán)碚?；并研制了相?yīng)的計算機分析程序。結(jié)合結(jié)構(gòu)抗震分析原理，將反應(yīng)譜理論引入到傳遞矩陣法中，建立了曲線粱橋的抗震傳遞矩陣?yán)碚摚徊⒀兄屏讼鄳?yīng)的計算機分析程序。為傳遞矩陣法在曲線梁橋結(jié)構(gòu)靜力及動力分析中的應(yīng)用提供了一條有效的途徑。第三章將指數(shù)矩陣的精細計算原理與傳遞矩陣法原理相結(jié)合，提出了曲線粱橋結(jié)構(gòu)分析的精細傳遞矩陣法。根據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、幾何物理關(guān)系，對其進行了細致、

5、完善的推導(dǎo)，建立了完整的精細傳遞矩陣?yán)碚摚徊⒀兄屏讼鄳?yīng)的計算機分析程序，對其進行了全面地數(shù)值分析和驗證。本文方法具有一般性，可用于任何結(jié)構(gòu)的受力分析。對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)，本文建立的精細傳遞矩陣法的優(yōu)勢更為明顯。第四章基于曲線結(jié)構(gòu)的溫度變形規(guī)律，結(jié)合材料力學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，建立了求解曲線粱在溫度荷載作用下的內(nèi)力及變形的精細傳遞矩陣式：并研制了相應(yīng)的計算機分析程序。該方法理論上可以求解任意溫度場下曲線粱的內(nèi)力及變形。將本文方法擴展運用與多跨曲線橋的求

6、解，得出在變溫和橋墩頂部摩擦力共同作用下多跨曲線粱的面內(nèi)內(nèi)力及位移的精細傳遞矩陣格式，并進行了相應(yīng)的算例計算。第五章將高精度的精細積分法和力學(xué)概念清晰的傳遞矩陣法結(jié)合起來，以微分方程和矩陣分析理論為基礎(chǔ)，提出了一種新的精細傳遞矩陣形式，推導(dǎo)了該方法的計算公式，并用于分析曲線箱形粱橋的振動特性。與傳統(tǒng)的傳遞矩陣法相比，無需對微分方程組進行求解，只需按照迭代公式進行計算，就可以得到所需要的傳遞矩陣。根據(jù)邊界條件，運用頻率搜索方法便可得到結(jié)構(gòu)

7、的自振頻率；并研制了相應(yīng)的計算機分析程序，進行了相應(yīng)的算倒計算。該法即適用于連續(xù)結(jié)構(gòu)又適用于離散結(jié)構(gòu)，而且可以應(yīng)用于離散和連續(xù)相結(jié)合的混合結(jié)構(gòu)的振動特性分析，為精確分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)的動力特性提供了一條便捷、有效途徑。第六章基于傅里葉變換和精細傳遞矩陣法，推導(dǎo)了曲線箱粱橋在水平方向和豎直方向的動力傳遞矩陣，建立了曲線箱梁橋在頻域內(nèi)地震反應(yīng)分析的精細傳遞矩陣法。并研制了相應(yīng)的計算機分析程序，進行了相應(yīng)的算例分析。不僅豐富了曲線箱粱橋地震分析方法

8、，而且將傳遞矩陣法的分析平臺由時域擴展到了頻域，這將使小波變換理論應(yīng)用于傳譴矩陣?yán)碚摮蔀榭赡?。第七章大跨度結(jié)構(gòu)抗震分析的多點激勵模型較地震渡的均勻輸入模型更符合實際．更為合理。筆者基于擬靜力位移和傅里葉變換，提出了大跨曲線箱梁橋在多點輸入下地震反應(yīng)分析的頻域精細傳遞矩陣法。并以曲率平面內(nèi)的動力反應(yīng)為例，給出了擬靜力位移矩陣的求解思路；推導(dǎo)了多點輸入下集中質(zhì)量的頻域狀態(tài)傳遞矩陣。第八章將大質(zhì)量法與傳遞矩陣法原理相結(jié)合，提出了“底部大質(zhì)量-