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钢箱系杆拱桥动力特性及建筑地震响应分析

日期:2019-02-07 22:32 作者:上海论文网 编辑:lgg 点击次数:196
销售价格:0 论文编号:el2019020722324118610 论文字数:3621 所属栏目:建筑学论文
论文地区: 论文语种:其他 论文用途:其他

本文是一篇建筑学论文,当代生态建筑学是从整体有机联系上以生态规律来揭示并协调人、建筑与自然环境和社会环境的相互关系。其实施手段,更以当代科学技术的物质条件为重,来实现人在

本文是一篇建筑学论文,当代生态建筑学是从整体有机联系上以生态规律来揭示并协调人、建筑与自然环境和社会环境的相互关系。其实施手段,更以当代科学技术的物质条件为重,来实现人在自然生态系统下构建人工生态系统,以其间的具体的、物质的交流,争取达到最优关系。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇建筑学论文,供大家参考。
 
第一章 绪论
 
1.1 前言
目前我国交通工程中桥梁建设的发展非常迅速,在全国的交通网中,桥梁举足轻重的作用。钢箱系杆拱桥是桥梁中的一员,钢箱系杆拱桥具有拱和梁两者的优点的桥型,将拱和梁两种基本建筑结构相结合,共同承受外界的荷载,充分发挥了梁抗弯能力强、拱受压能力强的特点。设计上拱桥的拱的推力由系杆或系梁来承担,墩台不受水平推力或受水平推力较小可以忽略。钢箱系杆拱桥的拱与系杆都是由钢箱材料组成,是近年来比较常用的,例如悉尼的港公铁两用桥,拱跨503m,法国 Avignon 桥,主跨是 124m 的钢箱系杆拱桥,韩国汉城到釜山的高速铁路上杆拱桥跨度是 128m;上海的卢浦大桥,主跨是 550m 中承式系杆拱桥,广东佛山东平桥的主跨 300m,也是中承式系杆拱桥。钢箱系杆拱桥具有外型较美观、施工速度快,建设的时间短等优点,在世界各地都具有一定的商业竞争优势。
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1.2 钢拱桥的发展
拱桥是我国历史最悠久的桥梁形式之一,始建于东汉中后期,已有一千八百余年的历史。它是由伸臂木石梁桥、撑架桥等逐步发展而成的。在形成和发展过程的外形都是曲的,所以古时常称为曲桥。在中国封建设社会中,长期受建筑材料的限制,石头一直作为最主要的结构材料,具有很好的经济性,所以石材大量用于桥梁的建设,例如河北的赵州桥即为石拱桥。因为拱结构主要承受压力,充分利用石材的抗压强度高,所以可以承担较大的荷载。现代桥梁的跨度越来越大,石拱桥自重大的缺点突显出来,钢材和混凝土等现在建筑材料的出现,可以解决石材的缺点,我国钢材的产量连续十几年世界第一,因此应用钢材,可以使得拱桥的自重下降,水平推力减小,跨度增大等优点,钢拱桥得到了工程界的认可。世界上第一座钢拱桥是建于 1874 年的美国 Eads 桥,该桥为三跨钢桁肋拱桥,采用悬臂架设法施工。该桥为双层桥面,上层公路,下层双轨铁路,是当时世界上跨径最大的拱桥。钢拱桥真正兴起是在 20 世纪以后,它具有外形美观,跨度大,建设快等优点,悉尼港的公铁两用桥(见图 1.1)建筑于 1931 年,拱跨是 503m,矢高是 107m,拱肋中心距是 30m,已经成为悉尼的标志性建筑。美国西弗吉尼亚的新河峡谷大桥建成于 1977 年,跨径是 518.3m,很长时间里是世界上跨度最大的拱桥。在我国,由于钢材的缺乏,长期以来钢桥不是发展的重点,在为数不多的钢桥中,大部分都是跨大江大河的铁路桥,公路桥很少[1],与国外相比起步较晚。但近二十多年来由于我国经济和交通的发展、钢产量的提高,钢拱桥的建设得到了迅猛发展。云南澜沧江小湾大桥 2002 年建成,它是我国第一座钢箱提篮式拱桥,主跨是 130m,主拱拱肋应用缆索吊装--斜拉扣挂法施工,具有世界性的创新。2003年建于上海的卢浦大桥(见图 1.2),主跨 550m,主拱采用陀螺型钢箱拱肋,为提篮中承式系杆拱桥,是国际知名的钢箱拱桥,标志着我国的钢拱桥技术取得了重大突破。福建省厦门市五缘大桥是我国首座海上钢箱提篮拱桥,主跨是 208m,三跨中承式飞翼桥型,主桥拱肋和桥面采用独立的支架法施工,施工成本合理,桥型美观,于 2004 年建成获得成功。2006 年获得世界著名桥梁大奖--尤金—菲戈奖的天津大沽桥,主跨是 103m 的拱面外倾,不对称钢箱系杆拱桥,施工技术难度大。
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第二章 设计成桥状态钢箱系杆拱桥动力特性分析
 
2.1 工程实例
某飞雁型钢箱下承式系杆拱桥跨径布置为(54+130+54=238)m,矢跨比为 1:4。全桥从立面上看为飞雁式造型,从断面上看,呈门式形状。桥梁结构形式上,有一定的创新,全桥构成三跨连续梁,属于梁拱组合体系。梁受力体系中主跨本身为下承式系杆,系杆为刚性与柔性组合杆。桥梁上部结构主拱圈采用双片钢箱拱,主跨采用正交异性钢桥一体成型的面板,边跨采用钢箱梁,主桥吊杆使用热挤聚乙烯包裹的高强钢丝拉索。桥梁下部结构为主桥主墩采用双柱式桥墩,桥墩中心线与支座中心线一致,桥墩截面形状为带扩大头的矩形,墩顶截面为 7mx7m,由5m 高的钢制圆弧来过渡,过渡的截面为 5mx5m。主墩基础采用承台接群桩基础,承台为直径 14m,厚度为 4m 的圆形承台。左右墩柱的承台之间通过宽度 4m 的系梁进行连接,以提高基础的整体抗震性能。承台及系梁下共 16 根直径为 2m 的钻孔灌注桩基础,桩基均按照摩擦桩进行设计。拱圈在主跨处为拱式结构,拱圈下边线为抛物线形状,矢跨比为1:4,拱圈上缘线为抛物线与圆弧线相切的组合形状。具体线型为,跨中处是拱圈下缘线的偏移线,跨中拱圈高度是2.2米,靠近中墩处使用半径150米的圆弧,反切于拱圈上缘线进行过渡,连接边跨。中墩处拱圈的高度是5米,中墩处应用镂空处理是突出全桥纤细的美观,拱圈上下分叉分别按照2.2米的高度设计,连接处采用圆弧线进行过渡。全桥是由双片拱圈组成,拱圈的间距为25.5米,双片拱圈是由两片门式风撑来连接,保证拱圈的横向安全性和稳定性。
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2.2 有限元模型
有限元法是一种为求解偏微分方程解的问题的数值方法,求解时对整个研究问题的区域进行划分,每个子区域称为有限元。有限元法可以通过变分方法,使得误差函数达到最小值并收敛于稳定解。有限元法的内涵非常丰富,包括很多具体的方法,这些方法能够把许多被称为有限元的小区域上的简单方程联系起来,并用其去计算更大区域上的方程组的解。有限元法将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成,对每一单元假定一个合适的(较简单的)近似解,然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件),从而得到问题的解,是近似的解,可以解决实际工程问题,因而成为非常有效的工程应用分析方法。1989 年韩国浦项集团成立 CAD/CAE 的研发机构,研发 MIDAS 系列软件,并于 2000 年 9 月正式成立 Information TechnologyCo,Ltd(简称 MIDASIT),随后向市场推出了系列的 MIDAS 软件。MIDAS/Civil 针对桥梁结构并结合我国的规范与习惯,在建模、分析和后处理等方面提供了很多的便利的功能,目前已为交通行业中的各部站应用。MIDAS/Civil 的特点如下:(1) 建模效率高,可以导入 CAD 和部分其他程序文件等灵活多样的建模功能,降低建模的工作量。提供大量的建模助手。(2) 提供的规范数据库多,材料库较齐全。(4) 提供各种有限元模型,并有开二次开放的功能,可以深入解决工程难题。(5) 提供多种分析功能与多场耦合能力。(6) 在后处理中强,图,表,形具全。
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第三章 施工完成后实际钢箱系杆拱桥动力特性分析.......... 17
3.1 引言 ............. 17
3.2 施工完成后的桥梁参数与设计参数的差异 .... 17
3.3 考虑施工完成后实际桥梁各参数对桥梁动力特性的影响 ............. 18
3.4 本章小结 ..... 20
第四章 地震反应谱响应分析........ 21
4.1 地震反应谱 ............ 21
4.2 钢箱系杆拱桥反应谱分析 .......... 24
4.3 本章小结 ..... 32
第五章 地震时程分析.............. 33
5.1 加速度时程曲线 .... 33
5.2 钢箱系杆拱桥时程响应分析 ...... 34
5.3 本章小结 ..... 51
 
第五章 钢箱系杆拱桥的地震时程分析
 
动态时程是随着强震记录的增多和计算机技术的广泛应用而发展起来的,是公认的精细分析方法[28]。由时程分析可得到各质点随时间变化的位移、速度和加速度动力反应,进而可计算出构件内力的时程变化关系。由于此法是对运动方程直接求解,又称直接动力分析法,在数学上也称为逐步积分法。这种方法是由初始状态开始逐步积分到地震终止,求出体系在地震作用下,从静止到振动,直到振动结束的整个过程中的地震反应[29, 30]。目前,除常用的中小跨度桥梁仍采用反应谱方法计算外,对重要、复杂、大跨度的桥梁抗震计算基本都采用动态时程分析法。对于大跨度斜拉结构,由于其频率和振型密集复杂,结构的动力响应常为多阶模态的藕合,因而需要进行多遇地震作用下的弹性时程分析和罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,以便求得较为准确的结构地震响应。
 
5.1 加速度时程曲线
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