大跨度鋼管混凝土拱橋動(dòng)力性能研究.pdf

1、鋼管混凝土拱橋以其材料力學(xué)性能良好、結(jié)構(gòu)型式合理和便于施工的優(yōu)點(diǎn)，近十幾年來(lái)在我國(guó)得到了迅速的發(fā)展，數(shù)量及跨徑不斷增大。然而在鋼管混凝土拱橋的設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)者較少考慮其動(dòng)力特性，也缺少相關(guān)的規(guī)范，因此該類(lèi)型橋梁的動(dòng)力性能研究日益引起廣泛重視。
　　鋼管混凝土拱橋動(dòng)力分析的內(nèi)容包括：模態(tài)分析，車(chē)振分析，地震分析和風(fēng)振分析。鋼管混凝土拱橋的動(dòng)力特性與動(dòng)力性能有其自身的特點(diǎn)，研究表明，其面內(nèi)、面外基頻均大于結(jié)構(gòu)較柔的斜拉橋和懸索橋的基頻，但

2、又小于一般剛性拱橋的基頻。此外，大跨度鋼管混凝土拱橋的風(fēng)振分析研究很少，因與斜拉橋和懸索橋相比，結(jié)構(gòu)剛度較大，抗風(fēng)能力強(qiáng)，抖振的影響較小。因此本文對(duì)大跨度鋼管混凝土拱橋進(jìn)行動(dòng)力特性分析、車(chē)橋藕合振動(dòng)分析以及地震激勵(lì)下的動(dòng)力響應(yīng)分析，并對(duì)主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)及結(jié)構(gòu)形式的影響進(jìn)行了比較。
　　模態(tài)分析是進(jìn)行動(dòng)力響應(yīng)分析和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)，通過(guò)它可以得到結(jié)構(gòu)的振型和頻率，對(duì)鋼管混凝土拱橋的動(dòng)力性能做出初步評(píng)價(jià)。拱橋的固有振動(dòng)分析是一個(gè)特征

3、值問(wèn)題，振型的近似性不會(huì)給其對(duì)應(yīng)的頻率帶來(lái)很大的影響?，F(xiàn)有對(duì)單肋拱基頻計(jì)算公式的推導(dǎo)基于如下假定：認(rèn)為橋面系無(wú)剛度貢獻(xiàn)，并將橋面系質(zhì)量等效到拱肋上。本文采用瑞利里茲法，考慮到拱肋和橋面系的剛度和質(zhì)量空間分布，推導(dǎo)出了下承式拱梁組合體系的基頻計(jì)算公式，給出了各積分常數(shù)表格；對(duì)影響基頻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，如矢跨比、橋面系與拱肋的剛度比和質(zhì)量比等，進(jìn)行了詳細(xì)分析，給出了各設(shè)計(jì)參數(shù)的影響趨勢(shì)；考慮到鋼管混凝土拱橋動(dòng)力特性的影響因素比較復(fù)雜，如各結(jié)構(gòu)

4、設(shè)計(jì)參數(shù)、橫撐布置方式等，通常鋼管混凝土拱橋的動(dòng)力特性通過(guò)實(shí)際橋梁的振型、頻率、阻尼和動(dòng)撓度測(cè)試得到。本文采用空間有限元法對(duì)鋼管混凝土拱橋進(jìn)行結(jié)構(gòu)空間模態(tài)參數(shù)分析，主要考慮了包括矢跨比、寬跨比、懸鏈線等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)、結(jié)構(gòu)型式和邊界條件的影響，進(jìn)行了基于動(dòng)力性能的影響因素分析。
　　車(chē)輛橋梁藕合振動(dòng)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)隨機(jī)強(qiáng)迫振動(dòng)問(wèn)題，通過(guò)橋面和汽車(chē)間的自由度協(xié)調(diào)條件，對(duì)車(chē)橋藕合振動(dòng)方程進(jìn)行解藕，采用迭代分析法進(jìn)行分析，用路面功率譜表示的隨

5、機(jī)路面平整度理論來(lái)描述橋面平整度，以考慮橋面平整度對(duì)車(chē)橋藕合振動(dòng)的影響。詳細(xì)研究了鋼管混凝土拱橋主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)、車(chē)輛行駛速度、車(chē)輛行駛方向、車(chē)輛剎車(chē)制動(dòng)力和橋面等級(jí)等因素對(duì)大跨度鋼管混凝土拱橋沖擊系數(shù)的影響，得出了一些有益的結(jié)論。
　　本文還介紹了非平穩(wěn)隨機(jī)地震動(dòng)場(chǎng)的模擬，并編制程序生成了人工地震波；介紹了工程設(shè)計(jì)常用的一致輸入地震波作用下的結(jié)構(gòu)動(dòng)力平衡方程，進(jìn)行了一致激勵(lì)下鋼管混凝土拱橋動(dòng)力響應(yīng)的參數(shù)敏感性分析，得到的結(jié)論可供