曲線箱梁橋狀態(tài)傳遞理論研究.pdf

1、隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、西部大開發(fā)和城市化進(jìn)程的加速，各種曲線橋結(jié)構(gòu)在我國已經(jīng)被廣泛采用。曲線粱橋線條流暢，意境生動(dòng)，給人以美的享受；能夠很好的適應(yīng)地形、地物限制的要求，使交通線路的布置趨于合理和科學(xué)。無論從幾何、美學(xué)，還是經(jīng)濟(jì)角度來看，曲線橋都有著重要的現(xiàn)實(shí)意義和良好的發(fā)展前景。但是，由于曲率的影響，曲線粱橋在平面內(nèi)存在著縱橫方向的耦合，在平面外存在著彎矩和扭矩的耦合，結(jié)構(gòu)力學(xué)及動(dòng)力特性十分復(fù)雜。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和施工機(jī)械化的發(fā)展，曲線

2、橋的跨度越來越大。地震反應(yīng)分析是評(píng)價(jià)大跨度橋梁抗震設(shè)計(jì)水平和結(jié)構(gòu)安全性的一個(gè)重要方面。對(duì)大跨度橋梁進(jìn)行地震反應(yīng)分析時(shí)，需要考慮多點(diǎn)地震輸入的影響已成為國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工程界的共識(shí)。但是。由于其力學(xué)特性的復(fù)雜性和采用方法的不同以及出發(fā)點(diǎn)的不一致，關(guān)于曲線箱梁橋的動(dòng)力特性、抗震理論和相關(guān)技術(shù)還不成熟，導(dǎo)致目前缺乏對(duì)曲線粱復(fù)雜動(dòng)力性能全面、精確的分析，致使已建成的和正在建的曲線箱粱橋存在很多的未知隱患，有些甚至是致命性的。因此，本文試圖建立一種

3、簡(jiǎn)潔、易懂、思路清晰、計(jì)算精度高且應(yīng)用性較強(qiáng)的計(jì)算分析方法，為這類結(jié)構(gòu)體系的分析研究提供理論依據(jù)和計(jì)算分析方法。
　　 本研究分為九個(gè)部分：第一章詳細(xì)地研究分析了曲線粱橋分析方法的研究進(jìn)展和傳遞矩陣法的研究現(xiàn)狀及其應(yīng)用?？偨Y(jié)了當(dāng)前曲線粱分析方法及傳遞矩陣法的最新研究進(jìn)展，并提出了傳統(tǒng)傳遞矩陣法的不足之處。第二章基于傳遞矩陣原理，結(jié)合曲線粱的變形微分方程的閉合解，對(duì)曲線粱橋的傳遞矩陣進(jìn)行了認(rèn)真、完善的推導(dǎo)。提供了曲線箱形梁場(chǎng)傳遞矩

4、陣的具體表達(dá)式；并根據(jù)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)原理，建立了曲線梁橋的振動(dòng)傳遞矩陣?yán)碚?；并研制了相?yīng)的計(jì)算機(jī)分析程序。結(jié)合結(jié)構(gòu)抗震分析原理，將反應(yīng)譜理論引入到傳遞矩陣法中，建立了曲線粱橋的抗震傳遞矩陣?yán)碚摚徊⒀兄屏讼鄳?yīng)的計(jì)算機(jī)分析程序。為傳遞矩陣法在曲線梁橋結(jié)構(gòu)靜力及動(dòng)力分析中的應(yīng)用提供了一條有效的途徑。第三章將指數(shù)矩陣的精細(xì)計(jì)算原理與傳遞矩陣法原理相結(jié)合，提出了曲線粱橋結(jié)構(gòu)分析的精細(xì)傳遞矩陣法。根據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、幾何物理關(guān)系，對(duì)其進(jìn)行了細(xì)致、

5、完善的推導(dǎo)，建立了完整的精細(xì)傳遞矩陣?yán)碚?；并研制了相?yīng)的計(jì)算機(jī)分析程序，對(duì)其進(jìn)行了全面地?cái)?shù)值分析和驗(yàn)證。本文方法具有一般性，可用于任何結(jié)構(gòu)的受力分析。對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)，本文建立的精細(xì)傳遞矩陣法的優(yōu)勢(shì)更為明顯。第四章基于曲線結(jié)構(gòu)的溫度變形規(guī)律，結(jié)合材料力學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，建立了求解曲線粱在溫度荷載作用下的內(nèi)力及變形的精細(xì)傳遞矩陣式：并研制了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)分析程序。該方法理論上可以求解任意溫度場(chǎng)下曲線粱的內(nèi)力及變形。將本文方法擴(kuò)展運(yùn)用與多跨曲線橋的求

6、解，得出在變溫和橋墩頂部摩擦力共同作用下多跨曲線粱的面內(nèi)內(nèi)力及位移的精細(xì)傳遞矩陣格式，并進(jìn)行了相應(yīng)的算例計(jì)算。第五章將高精度的精細(xì)積分法和力學(xué)概念清晰的傳遞矩陣法結(jié)合起來，以微分方程和矩陣分析理論為基礎(chǔ)，提出了一種新的精細(xì)傳遞矩陣形式，推導(dǎo)了該方法的計(jì)算公式，并用于分析曲線箱形粱橋的振動(dòng)特性。與傳統(tǒng)的傳遞矩陣法相比，無需對(duì)微分方程組進(jìn)行求解，只需按照迭代公式進(jìn)行計(jì)算，就可以得到所需要的傳遞矩陣。根據(jù)邊界條件，運(yùn)用頻率搜索方法便可得到結(jié)構(gòu)

7、的自振頻率；并研制了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)分析程序，進(jìn)行了相應(yīng)的算倒計(jì)算。該法即適用于連續(xù)結(jié)構(gòu)又適用于離散結(jié)構(gòu)，而且可以應(yīng)用于離散和連續(xù)相結(jié)合的混合結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性分析，為精確分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性提供了一條便捷、有效途徑。第六章基于傅里葉變換和精細(xì)傳遞矩陣法，推導(dǎo)了曲線箱粱橋在水平方向和豎直方向的動(dòng)力傳遞矩陣，建立了曲線箱梁橋在頻域內(nèi)地震反應(yīng)分析的精細(xì)傳遞矩陣法。并研制了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)分析程序，進(jìn)行了相應(yīng)的算例分析。不僅豐富了曲線箱粱橋地震分析方法

8、，而且將傳遞矩陣法的分析平臺(tái)由時(shí)域擴(kuò)展到了頻域，這將使小波變換理論應(yīng)用于傳譴矩陣?yán)碚摮蔀榭赡堋５谄哒麓罂缍冉Y(jié)構(gòu)抗震分析的多點(diǎn)激勵(lì)模型較地震渡的均勻輸入模型更符合實(shí)際．更為合理。筆者基于擬靜力位移和傅里葉變換，提出了大跨曲線箱梁橋在多點(diǎn)輸入下地震反應(yīng)分析的頻域精細(xì)傳遞矩陣法。并以曲率平面內(nèi)的動(dòng)力反應(yīng)為例，給出了擬靜力位移矩陣的求解思路；推導(dǎo)了多點(diǎn)輸入下集中質(zhì)量的頻域狀態(tài)傳遞矩陣。第八章將大質(zhì)量法與傳遞矩陣法原理相結(jié)合，提出了“底部大質(zhì)量-