大跨度鋼管混凝土拱橋動力性能研究.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，近十幾年來在我國得到了迅速的發(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)計中設(shè)計者較少考慮其動力特性，也缺少相關(guān)的規(guī)范，因此該類型橋梁的動力性能研究日益引起廣泛重視。
　　鋼管混凝土拱橋動力分析的內(nèi)容包括：模態(tài)分析，車振分析，地震分析和風(fēng)振分析。鋼管混凝土拱橋的動力特性與動力性能有其自身的特點，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。因此本文對大跨度鋼管混凝土拱橋進(jìn)行動力特性分析、車橋藕合振動分析以及地震激勵下的動力響應(yīng)分析，并對主要結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(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)行動力響應(yīng)分析和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的基礎(chǔ)，通過它可以得到結(jié)構(gòu)的振型和頻率，對鋼管混凝土拱橋的動力性能做出初步評價。拱橋的固有振動分析是一個特征

3、值問題，振型的近似性不會給其對應(yīng)的頻率帶來很大的影響?，F(xiàn)有對單肋拱基頻計算公式的推導(dǎo)基于如下假定：認(rèn)為橋面系無剛度貢獻(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算公式，給出了各積分常數(shù)表格；對影響基頻的結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(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)計參數(shù)的影響趨勢；考慮到鋼管混凝土拱橋動力特性的影響因素比較復(fù)雜，如各結(jié)構(gòu)

4、設(shè)計參數(shù)、橫撐布置方式等，通常鋼管混凝土拱橋的動力特性通過實際橋梁的振型、頻率、阻尼和動撓度測試得到。本文采用空間有限元法對鋼管混凝土拱橋進(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)計參數(shù)、結(jié)構(gòu)型式和邊界條件的影響，進(jìn)行了基于動力性能的影響因素分析。
　　車輛橋梁藕合振動實質(zhì)上是一個隨機(jī)強(qiáng)迫振動問題，通過橋面和汽車間的自由度協(xié)調(diào)條件，對車橋藕合振動方程進(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)路面平整度理論來描述橋面平整度，以考慮橋面平整度對車橋藕合振動的影響。詳細(xì)研究了鋼管混凝土拱橋主要結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)、車輛行駛速度、車輛行駛方向、車輛剎車制動力和橋面等級等因素對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)地震動場的模擬，并編制程序生成了人工地震波；介紹了工程設(shè)計常用的一致輸入地震波作用下的結(jié)構(gòu)動力平衡方程，進(jìn)行了一致激勵下鋼管混凝土拱橋動力響應(yīng)的參數(shù)敏感性分析，得到的結(jié)論可供