發(fā)布時(shí)間：2018-03-18 05:38

  本文選題：懸索橋　切入點(diǎn)：地震響應(yīng)　出處：《南京理工大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：懸索橋通過構(gòu)造橋塔-主纜-吊索體系,將橋面荷載依次順序傳遞給吊索、主纜和橋塔,巧妙地將可能發(fā)生的大幅度橋梁撓曲變形,轉(zhuǎn)化為微小的纜索張拉變形和橋塔壓縮變形,實(shí)現(xiàn)了大跨度橋梁的跨越,成為現(xiàn)代大跨度橋梁的主選橋型。泰州長江公路大橋以其獨(dú)特的三塔兩主跨懸索橋型,實(shí)現(xiàn)了約3000米的主橋跨度,避免了采用斜拉橋-懸索橋組合橋型或者雙懸索橋拼接橋型對(duì)主航道的壓縮,節(jié)約建設(shè)成本和周期,結(jié)構(gòu)輕盈優(yōu)美,成為大跨度懸索橋型的一個(gè)重要發(fā)展方向。大跨度懸索橋使用壽命長,壽命期間遭遇地震的可能性增大,進(jìn)行地震響應(yīng)分析對(duì)設(shè)計(jì)和使用都是必要的。由于懸索橋結(jié)構(gòu)體量大,地震響應(yīng)的時(shí)程分析面臨計(jì)算復(fù)雜,計(jì)算時(shí)間過長的困難。一般情況下,不得不將計(jì)算時(shí)間迭代步長取到0.1s,從而難以準(zhǔn)確把握地震波傳播特征和地震響應(yīng)特征,喪失了重要的變形和內(nèi)力等重要信息,對(duì)設(shè)計(jì)和使用大跨度懸索橋帶來了一定的盲目性。但是,若對(duì)大跨度懸索橋作瞬態(tài)地震響應(yīng)分析,計(jì)算時(shí)間步長將至少取到毫秒量級(jí)。對(duì)于大型商用有限元分析軟件而言,在計(jì)算過程所消耗計(jì)算機(jī)資源將難以承受。計(jì)算時(shí)間過長的問題,事實(shí)上導(dǎo)致了計(jì)算分析不能有效地實(shí)現(xiàn)。因此,發(fā)展精確、高效率的大跨度懸索橋瞬態(tài)地震響應(yīng)分析計(jì)算方法迫在眉睫。本文針對(duì)三塔兩主跨懸索橋,以泰州長江公路大橋?yàn)槔?研究分析主纜和邊纜、加勁梁和橋塔、垂直吊索瞬態(tài)地震響應(yīng)的動(dòng)態(tài)子結(jié)構(gòu)方法。采用組合單元法,研究分析大跨度懸索橋瞬態(tài)地震響應(yīng)分析的動(dòng)態(tài)子結(jié)構(gòu)方法。根據(jù)具體地震分析數(shù)據(jù),輸入多點(diǎn)地震激勵(lì),對(duì)泰州長江公路大橋進(jìn)行瞬態(tài)地震響應(yīng)計(jì)算,計(jì)算地震波在橋中的傳播和橋梁的長期地震響應(yīng)。研究瞬態(tài)地震響應(yīng)基本特征,獲得地震響應(yīng)數(shù)據(jù),為該橋梁的使用維護(hù)和今后三塔兩主跨懸索橋的設(shè)計(jì)研究,提供了重要的技術(shù)依據(jù)。本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)歸納如下：(1)考慮橋塔和纜索的水平位移,以及彈性索的張拉作用,提出了適用于三塔兩主跨懸索橋的撓度理論。計(jì)算了單跨滿載下泰州長江公路大橋的靜態(tài)變形和橋梁靜態(tài)內(nèi)力,并提出了供工程設(shè)計(jì)師使用的簡化撓度理論。(2)基于有限位移理論,建立了能夠考慮初應(yīng)力和幾何非線性效應(yīng)的纜索單元、梁單元、吊索單元和彈簧單元的質(zhì)量陣、剛度陣和內(nèi)力陣。分別提出了適用于大跨度纜索、大跨度加勁梁和吊索瞬態(tài)地震響應(yīng)分析的動(dòng)態(tài)子結(jié)構(gòu)方法,數(shù)值研究了方法的收斂性和瞬態(tài)地震響應(yīng)計(jì)算的有效性。(3)對(duì)三塔兩主跨懸索橋采用組合單元法,組合使用所建立的纜索單元、梁單元、吊索單元和彈簧單元,提出了瞬態(tài)地震響應(yīng)計(jì)算的動(dòng)態(tài)子結(jié)構(gòu)方法。具體計(jì)算了多點(diǎn)激勵(lì)下泰州長江公路大橋的地震波傳播和長期地震響應(yīng),計(jì)算結(jié)果表明,該動(dòng)態(tài)子結(jié)構(gòu)方法可有效節(jié)約計(jì)算過程的內(nèi)存占用,提高計(jì)算速度達(dá)16倍以上。(4)計(jì)算得到了泰州長江公路大橋瞬態(tài)地震響應(yīng)的基本特征：①在多點(diǎn)地震激勵(lì)下,懸索橋中存在多種類型的變形波和內(nèi)力波,波速差別大,全橋變形波形十分復(fù)雜；②吊索變形的不一致性十分明顯,吊索傾斜明顯；③靠近塔邊的長吊索容易發(fā)生劇烈水平拋出現(xiàn)象,拋出量可達(dá)到0.8m,個(gè)別吊索發(fā)生了類似于共振的現(xiàn)象；④邊塔和中塔底部出現(xiàn)了較大的彎矩,中塔底部的彎矩值高達(dá)2500MNm,是邊塔的5倍,也是最不利工況下中塔塔底靜彎矩的5倍。
[Abstract]:Through the construction of tower suspension bridge main cable and cable system, will transfer the deck loads in order to cable, cable and tower, deformation of bridge deflection greatly cleverly possible, into tiny cable tension deformation and compression deformation of tower, the large span bridge across the main bridge has become a modern long span bridge. The Taizhou Yangtze River Highway Bridge with its unique three tower and two span suspension bridge, which has about 3000 meters of the main span, avoid the suspension bridge bridge or suspension bridge bridge of double stitching main channel compression of cable-stayed bridge, save construction cost and cycle structure, light and graceful, become an important development direction of long-span suspension bridge. The long-span suspension bridge with long service life, life during the possibility of encountering earthquake increases, the earthquake response analysis of the design and use are necessary. Due to the suspension bridge The structure of a large amount of seismic response time history analysis with computational complexity, long computation time difficult. Under normal circumstances, will have to calculate the iterative time step to 0.1s, and it is difficult to accurately grasp the characteristics of seismic response and seismic wave propagation characteristics, the loss of important deformation and internal force of the important information, brings certain blindness for the design and application of long span suspension bridge. However, if the long-span suspension bridge for earthquake transient response analysis, calculation time step will take at least one millisecond. For the large commercial finite element analysis software, the calculation process of the consumption of computer resources will be difficult to bear. The calculation time is too long, in fact led to calculation and analysis can not effectively implement. Therefore, the development of accurate and efficient long-span suspension bridge seismic response analysis method of transient calculation is imminent. Aiming at the three tower and two span suspension On the bridge, the Taizhou Yangtze River Highway Bridge as an example, research and analysis of the main cable and side cable, stiffening girder and pylon, dynamic substructure method of vertical sling transient seismic. By using the composite element method, analysis of dynamic substructure analysis method of long span suspension bridge transient seismic response. According to the specific analysis of seismic data, multi point input earthquake response calculation of transient earthquake on Taizhou Yangtze River Highway Bridge, the seismic response analysis of long term seismic wave propagation and the bridge in the middle of the bridge. The fundamental characteristics of the transient response to earthquake, earthquake response data, design and research for the bridge maintenance and the future of three tower and two span suspension bridge, provides an important basis for the main work of this paper is as follows: (1) considering the horizontal displacement of tower and cable, cable tension and elastic effect, put forward for the three tower two span suspension The bridge deflection theory. The static deformation and internal force of single span bridge static load under the Taizhou Yangtze River Highway Bridge is calculated, and a simplified deflection theory for engineering designers use. (2) based on the finite displacement theory, established to consider the initial stress of cable element, and the geometric nonlinear effect of beam element, the mass matrix of sling element and spring element, stiffness matrix and internal force matrix. Are proposed for large span cable, dynamic substructure analysis method of long span stiffening girder and suspender transient seismic response, a numerical study of the validity of the calculation method and the convergence of the transient response of the earthquake. (3) of three tower and two span suspension bridge the composite element method, cable element, using a combination of the beam element, cable elements and spring elements, dynamic substructure method was proposed to calculate the transient seismic response. The multipoint excitation of Yangtze River in Taizhou Seismic wave propagation and seismic response of long highway bridge, the calculation results show that the dynamic substructure method can effectively save the calculation process memory footprint, improve computing speed more than 16 times. (4) calculated by the Taizhou Yangtze River Highway Bridge transient seismic response characteristics in multiple seismic excitations, there wave deformation and internal force wave of various types of suspension bridge, the velocity difference is big, the whole bridge deformation waveform is very complicated; the inconsistency of the sling deformation is very obvious, the sling was tilted; the tower near the edge of the long sling prone to violent horizontal throw phenomenon, throws capacity can reach 0.8m, was similar to the resonance phenomenon the Bianta individual slings; and at the bottom of the tower appeared in the big moment, in the moment of tower bottom value is 5 times as high as 2500MNm, Bianta, 5 times is the most unfavorable condition in the bottom bending moment.

【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：U442.55;U448.25

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本文編號(hào)：1628274