钢—混凝土组合曲线箱梁桥静力性能与地震响应分析

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随着城市立体交通系统方面的快速发展,人们对桥梁结构形式和功能有了进一步的要求。钢-混凝土组合曲线箱梁桥继承了钢混组合梁桥的诸多优点,满足了城市桥梁对功能和美观的要求,也克服了在施工过程中由于地形和建筑物阻挡原因造成的施工不便,同时也符合绿色发展理念,在工程中的应用日益增多,但是其静力性能和地震响应的研究跟不上工程实践发展的脚步。因此以一座四跨钢-混组合曲线箱梁桥为研究对象,基于有限元软件Midas/Civil和SAP2000分别建立相应模型,对梁桥的静力性能和地震响应展开研究,以期对该梁桥的设计与施工提供一定的参考依据,主要工作内容如下:(1)基于Midas/Civil建立分析模型,分别对施工阶段与运营阶段进行了模拟与计算。在施工阶段分析过程中,共设计五个施工阶段,模拟了梁桥施工全过程,对比分析了梁桥挠度变形、混凝土桥面板和钢箱梁的应力状态,研究发现梁桥刚度和应力满足规范要求;在运营阶段分析过程中,为探究混凝土收缩徐变和车辆荷载对梁桥的影响,采用三种荷载组合工况,分别对支座反力、桥面板竖向位移和结构应力的影响情况进行分析,研究发现混凝土收缩徐变对支座反力和结构应力影响较小,对桥面板竖向位移影响较大。而车辆荷载对支座反力、桥面板竖向位移和结构应力的影响都较大。(2)基于SAP2000建立分析模型,探究其的动力特性和最不利输入方向,以及在反应谱和时程分析作用下的地震响应情况。在动力特性分析过程中,研究发现梁桥有足够的刚度,且梁桥横桥向刚度比顺桥向刚度小;在确定最不利输入方向值的过程中,采用反应谱分析法,研究发现反应谱在多向输入下,桥墩地震响应值有较大差异,对比桥墩地震响应峰值得出最不利输入方向为160°;在反应谱分析过程中,分析了反应谱下顺桥向、横桥向和最不利输入方向上的地震响应。研究发现横桥向产生的墩顶位移、墩底弯矩和剪力都比顺桥向大,而墩底轴力较顺桥向产生的小。同时发现如果只分析顺桥向和横桥向的地震响应,则位移和内力响应往往会被低估,通过最不利输入方向来确定地震响应,可以避免在抗震设计中被低估了的桥墩位移和内力响应;在进行动力时程分析过程中,在顺桥向和横桥向上输入三条地震波,得到了桥墩位移和内力响应的最大值,并绘制了相应的时程曲线图,研究发现梁桥具有较好的抗震性能。(3)基于SAP2000有限元软件,建立曲率半径为100m、180m和260m的变参数模型,以及建立桥墩高度为10m、15m和20m的变参数模型,对梁桥进行地震响应参数分析,内容包括对动力特性的影响,最不利输入方向的影响,以及对动力响应的影响。改变模型曲率半径和桥墩高度来研究对动力特性的影响时,研究发现前四阶振型的结构自振周期随着曲率半径的增加而减小,曲率半径对第五阶振型以后的结构自振周期影响较小,同时曲率半径对前四阶振型的振型特征影响较小。而结构的自振周期随着桥墩高度的增加而不断增大,同时桥墩高度对前四阶振型的振型特征影响较大。(4)改变模型曲率半径和桥墩高度来研究对最不利输入方向的影响时,采用反应谱分析法,研究发现随着曲率半径不断的增大,最不利输入方向逐渐趋于稳定,当曲率半径较小时出现了最不利输入方向突变的现象。而桥墩高度对最不利输入方向的影响因素较小,可以忽略不计。(5)改变模型曲率半径和桥墩高度来研究对梁桥动力响应的影响,采用反应谱分析法,研究梁桥顺桥向和横桥向激励下墩顶位移和墩底内力的影响。研究发现顺桥向和横桥向激励的动力响应存在较大的差别,曲率半径和桥墩高度的增加对墩顶位移、墩底剪力、墩底弯矩和桥墩扭矩都有较大的影响。图[90];表[25];参[69]
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