高烈度地震区悬索桥抗震关键技术研究

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1、国内图书分类号：U448.25密级：公开国际图书分类号：西南交通大学研究生学位论文高烈度地震区悬索桥抗震关键技术研究年级二〇一五级姓名石瑶申请学位级别工程硕士专业建筑与土木工程指导老师唐茂林副教授二〇一八年五月ClassifiedIndex:U448.25U.D.C:SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisTHERESEARCHONKEYTECHNOLOGIESOFSEISMICSUSPENSIONBRIDGEINHIGHINTENSITYEARTHQUAKEAREAGrade:2015Candida

2、te:ShiYaoAcademicDegreeAppliedfor:MasterSpeciality:Architecture&CivilEngineeringSupervisor:Prof.TangMaolinMay，2018西南交通大学硕士学位论文主要工作（贡献）声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：1)基于MidasCivil平台，建立某特大公路悬索桥有限元模型，分析其动力特性并总结规律；研究该特大桥在高烈度地震荷载作用下的地震响应，通过反应谱分析法和时程分析法对比分析，总结适用于高烈度地震区的悬索桥抗震计算方法；2)不同中央扣形式悬索

3、桥地震响应。在主跨跨中缆-梁之间设置三种不同形式的中央扣，比较了中央扣设置形式对悬索桥加劲梁位移、主塔内力与位移以及加劲梁应力的影响，总结适用于高烈度地震区悬索桥减震的中央扣形式。3)粘滞阻尼器不同设计参数悬索桥的地震响应。在塔-梁连接处设置粘滞阻尼器后，进行一致输入下的悬索桥抗震分析，为高烈度地区大跨度悬索桥提出相应的抗震减震措施；4)不同桥塔形式悬索桥的地震响应。分析对比混凝土桥塔、钢桥塔以及钢-混凝土组合桥塔形式悬索桥的地震响应，选取适用于高烈度地震区的桥塔形式。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已

4、经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：日期：西南交通大学硕士学位论文第I页摘要目前国内建于高烈度地震区的悬索桥较少，但悬索桥凭借其优越的跨越性能，将会有越来越的多悬索桥在山区等高烈度地区建造使用。因此，研究高烈度地震区大跨度悬索桥的抗震技术有着十分重要的意义。本文以某特大公路悬索桥为工程背景，采用反应谱和非线性时程分析法，在对比研究高烈度地震区的结构地震响应的基础上，重点研究不同

5、中央扣形式、粘滞阻尼器的不同设计参数以及不同桥塔形式下的大跨度悬索桥抗震减震措施，为高烈度地震区的大跨度悬索桥的抗震设计及分析提供参考。本文主要研究内容包括：（1）大跨度悬索桥的有限元模型建立及其动力特性分析。根据该桥的结构设计参数，采用MidasCivil平台建立空间有限元模型，并采用多重Ritz向量迭代法计算该桥的模态参数。计算结果表明：该大跨度悬索桥振型频率较小，基本周期长，符合一般悬索桥柔性的特点；（2）大跨度悬索桥地震响应分析。根据该桥址地震报告的地震动参数，分别采用反应谱和非线性时程分析方法来对比分析E1和E2地震作用下结构的地震响应。研

6、究结果表明：纵向和横向地震作用下桥塔和主梁的地震反应显著，E1和E2作用下桥塔的地震响应规律一致。由于悬索桥存在强烈的非线性，而非线性时程分析考虑了更多的非线性因素，因此，针对有高烈度地震区的大跨度悬索桥，建议采用非线性时程分析进行结构的抗震计算；（3）不同中央扣形式悬索桥地震响应。在主跨跨中缆-梁之间设置三种不同形式的中央扣，比较了中央扣设置形式对悬索桥加劲梁位移、主塔内力与位移以及加劲梁应力的影响。研究表明：中央扣的设置使得缆、梁、塔协同受力，桥塔塔底剪力和弯矩都有减小，主梁的纵向位移减小；防屈曲耗能钢支撑由于较好的耗能减震作用适用于高烈度地震区

7、的大跨度悬索桥减震；（4）粘滞阻尼器不同设计参数悬索桥的地震响应。在塔-梁连接处设置粘滞阻尼器后，进行一致输入下的悬索桥抗震分析。研究结果表明：粘滞阻尼器能有效控制塔-梁相对位移。但阻尼器参数变化对桥塔的受力有影响：桥塔塔底弯矩和剪力随阻尼系数C增大而减小，随速度指数ξ增大而略有增加；（5）不同桥塔形式悬索桥的地震响应。分析对比混凝土桥塔、钢桥塔以及钢-混凝土组合桥塔形式悬索桥的地震响应。研究结果表明：由于钢桥塔悬索桥整体刚度和对应结构频率最小，塔底剪力和弯矩也明显较小，对结构的减震效果最好，因此，在高烈度地震区，钢桥塔的应用是大跨度悬索桥一个较好的

8、选择。关键词：高烈度地震区；悬索桥；地震响应；中央扣；粘滞阻尼器；桥塔形式西南交通大学硕士学位论文第II页A