非对称独塔斜拉-连续协作体系桥的静动力特性研究

来源 :安徽建筑大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jinlu2010
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随着世界经济的快速发展,基础建设也发生了日新月异的变化,作为传统桥梁的斜拉桥和连续梁桥发展的也越发成熟。但随着人们对各种便捷途径的需求不断增加,工程师不得不面对各式各样的复杂地形,传统桥梁结构可能已无法满足经济便捷、安全美观等设计需求,把两种或者多种技术成熟的桥梁结构组合在一起,使其结构相互协作,取长补短,也不失一种创新方法。由斜拉桥和连续梁桥相互协作构成的斜拉-连续协作体系,相比较传统斜拉桥,它具有结构更加的灵活、跨越能力更强、结构更加美观、能够更好适应复杂地形等优点,因此受到越来越多工程师的青睐。作为一种创新型桥梁体系,对斜拉-连续协作体系的结构特性分析是十分有必要的。文章以某传统非对称独塔斜拉桥为背景,通过改变斜拉桥和梁桥的连接方式,使斜拉桥和梁桥部分主梁刚接,即主梁连续,构成斜拉-连续协作体系,并利用SAP2000有限元软件建立有限元模型,对斜拉-连续协作体系进行了静动力特性分析,具体内容如下:(1)通过研究协作体系的荷载分配问题,对协作体系进行系统分类,并通过理论对协作体系进行简化分析。通过理论研究表明文章所研究的对象斜拉-连续协作体系属于分载协作类型,且主梁连续的协作体系刚度强于原结构的刚度,使得结构更加稳定,充分的把各基本体系的优点发挥了出来,这也是协作体系的优势所在。(2)通过SAP2000有限元软件拟建桥梁的有限元计算模型,对斜拉-连续协作体系和常规斜拉桥进行了静力分析对比,研究了两种桥型在相同恒载、活载、温度荷载作用下以及荷载组合下的主梁弯矩、轴力、挠度特点。研究结果表明在相同荷载作用下,相比较常规斜拉桥,斜拉-连续协作体系整体刚度更大,主梁内力分布更加均匀,且能有效的降低恒载、活载对结构的影响,并使结构能更好的适应温度变化,但同时也增大了部分桥墩所承担的负弯矩。(3)对斜拉-连续协作体系的自振特性进行计算分析,计算桥梁前10阶的自振周期和自振频率以及总结前10阶的自振特征。研究表明,结构第十阶振型的自振频率相对于第一阶振型的自振频率增加了425%,说明该类斜拉-连续协作体系桥的基频相对较小且频谱较为分散。结构的低阶振型对计算结果的贡献较大,结构的一阶振型和二阶振型均出现主塔横向弯曲现象,第三阶振型出现主梁竖向弯曲和桥塔纵向弯曲,说明该桥的横向刚度相对较小,纵向刚度和竖向刚度相对较大,因此在进行抗震设计时应着重控制主塔的横向位移。(4)在动力特性的分析理论基础上,对斜拉-连续协作体系进行了E1地震和E2地震作用下的反应谱分析,计算了顺桥向、横桥向、竖向以及三向地震作用下结构的地震响应,得到该桥地震响应的一般规律。研究表明,主要截面位移的横向位移最大,竖向位移最小,说明该桥的横向刚度最小,竖向刚度最大,与自振特性分析结论一致,因此在进行抗震设计时,需着重考虑控制桥梁横向位移;主梁控制截面和主墩4#墩内力响应最为明显,因此在进行抗震设计时,需着重考虑控制主梁控制截面内力和主墩4#墩底截面内力。(5)对斜拉-连续协作体系桥进行了时程分析,结合工程场地特征,选择三条适合工程场地特征的地震波,取三组地震波计算结果的最大值作为时程分析的计算结果,并对所得到的结果与E1地震作用下反应谱计算结果进行对比分析。研究表明,总体上时程法计算结果和反应谱计算结果相差不大,在允许范围内,只在个别截面的个别位移响应和内力响应差距明显,因此,在对结构地震作用下分析时,两种方法结合着用更能反应结构计算结果的准确性。(6)在非线性地震作用下,三条地震波均出现部分桥墩墩顶、墩底截面进入屈服阶段,但未进入破坏阶段,均在安全使用范围内,且桥墩墩顶位移以及塑性转角都在允许的范围且符合结构在强震作用下的抗震性能指标。图[60]表[54]参[60]
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