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文檔簡介
1、相對于同等跨度的單層斜拉橋,雙層斜拉橋最直接的優(yōu)點是允許通行量有效增加、節(jié)約橋址處土地資源等,并且在適當?shù)目缍葍?nèi)具有良好的經(jīng)濟性。目前國內(nèi)外已經(jīng)建造了一定數(shù)量的大跨雙層斜拉橋,并就其加勁梁型式和結(jié)構(gòu)抗震性能開展了有關(guān)研究。本文以目前國內(nèi)跨度第一的大跨雙層公路斜拉橋——閔浦大橋為工程背景,主要進行了下述研究工作:
(1)系統(tǒng)總結(jié)了大跨橋梁有限元模型建模技術(shù)以及相應等效處理方法,基于Abaqus平臺建立了閔浦大橋不同精度和分析
2、目的的三種有限元模型。結(jié)合Bathe的隱式復合時間積分法推導了非線性阻尼系統(tǒng)動力方程的隱式復合時間積分法迭代格式。給出基于Abaqus平臺進行動力分析的流程與結(jié)合Python/Matlab進行快速數(shù)據(jù)處理方法;基于Abaqus/Python實現(xiàn)了大跨斜拉橋迭代調(diào)整索力獲取靜力初始平衡態(tài)方法;獲取了脊骨梁空間模型和精細梁殼空間模型的初始平衡態(tài)與動力特性;驗證了脊骨梁模型與梁殼模型的準確性。
(2)基于諧波疊加法編制了滿足要求
3、的單點、多點相關(guān)人工波模擬程序;針對時域內(nèi)不同視波速以及在同時考慮行波效應、局部場地效應和部分相干效應的多點地震激勵下,研究了大跨雙層斜拉橋地震響應的特點。研究表明:低視波速對結(jié)構(gòu)響應的影響存在一定的振蕩性,隨著視波速的增大其相關(guān)響應趨于穩(wěn)定;選取合適的地震波與確定合理的視波速范圍尤為重要。輔助墩距主塔越遠,其墩身橫橋向剪力和彎矩越大,并且橫梁以下墩身剪力峰值分布均勻;全橋腹桿軸力峰值包絡(luò)分布與靜力作用下的分布形態(tài)基本一致,邊跨上下層橋
4、面間的腹桿軸力變化較大,尤其是墩頂附近的豎腹桿和斜腹桿。與靜力工況相比,多點激勵下,橋面間腹桿軸力峰值具有不同程度的增加。
(3)基于虛擬激勵法,在Abaqus平臺上實現(xiàn)了需考慮初始平衡態(tài)影響的大跨柔性橋梁多點隨機地震激勵分析流程與數(shù)據(jù)后處理方法,研究了一致與非一致兩種隨機激勵模式下結(jié)構(gòu)隨機響應的特點。研究表明:視波速對主梁位移隨機響應均方根(RMS)的影響不一,基本趨勢是視波速越小主梁位移隨機響應RMS越大;主梁橫橋向、
5、豎橋向位移以及豎橋向轉(zhuǎn)角位移RMS均隨視波速的增加而趨向于一致隨機地震響應。由于激勵功率譜沿橋長度方向在各個激勵點逐漸衰減,主梁橫橋向、豎橋向位移RMS沿梁長方向有所減小;并且由于邊跨剛度較大,兩種隨機激勵模式下主梁扭轉(zhuǎn)位移RMS相差較小;相對于一致激勵,非一致激勵下主梁橫向轉(zhuǎn)角位移在梁端和跨中附近有所增加;非一致激勵下塔柱縱向轉(zhuǎn)角位移RMS小于一致激勵下的相應結(jié)果,而主塔塔柱扭轉(zhuǎn)位移在兩種激勵模式下情況相反;主塔橫橋向位移分布趨勢較為
6、一致,橫向轉(zhuǎn)角位移幾乎完全一致且均在上下橫梁處出現(xiàn)折點。
(4)提出了一種有別于傳統(tǒng)耗能模式的新型鉛擠壓阻尼器——扭轉(zhuǎn)鉛擠壓阻尼器,其轉(zhuǎn)角——彎矩滯回曲線接近矩形,具有良好的耗能效果;以平面應變有限元模型論證了所構(gòu)造阻尼器的有效性與可行性,給出了轉(zhuǎn)動彎矩輸出峰值與凸緣高度的拋物線估算公式;研究表明,該阻尼器可有效減小大跨斜拉橋加勁梁的位移地震響應,但導致了主塔和輔助墩縱橋向地震內(nèi)力的增加,應當引起注意。構(gòu)造了一種制作簡單的
7、裝配式鉛剪切阻尼器,避免了灌鉛工藝復雜、鉛柱連接復雜等問題并通過有限元分析說明了該阻尼器耗能的有效性。
(5)研究了非線性粘滯阻尼器、彈性連接、非彈性連接和SMA阻尼器對大跨雙層斜拉橋地震響應的減震控制效果。編制了SMA材料簡化雙旗型本構(gòu)Fortran子程序,以SDof系統(tǒng)在諧波作用下的動力放大系數(shù)闡述了附加剛度對結(jié)構(gòu)地震響應的影響。研究表明,非線性粘滯阻尼器可有效減小結(jié)構(gòu)位移地震響應但增加了主塔內(nèi)力;彈性連接、非彈性連接
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