环境温度对上承式钢管混凝土拱桥自振特性的影响及地震响应分析研究

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1、国内图书分类号：U448.22密级：公开国际图书分类号：西南交通大学研究生学位论文环境温度对上承式钢管混凝土拱桥自振特性的影响及地震响应分析研究年级二零一五级姓名胡涛申请学位级别工学硕士专业桥梁与隧道工程指导老师唐继舜教授二零一八年四月ClassifiedIndex：U448.22U.D.C：SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisTHEINFLUENCEOFTEMPERATUREONTHESELFVIBRATIONCHARACTERISTICSOFCFSTDECKA

2、RCHBRIDGEANDSEISMICRESPONSEANALYSISGrade：2015Candidate：HuTaoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：BridgeandtunnelengineeringSupervisor：Prof.TangJishunApril,2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要随着钢管混凝土拱桥的大量修建，其自振性能和抗震性能成为一个重要的研究方向。在温差大的地区修建的桥梁，其动力性能呈现很明显的温度相

3、关性。对上承式钢管混凝拱桥而言，环境温度对其自振特性和地震响应的影响有自身的特点。论文以结构动力学理论作为基础，基于有限元方法，对某主跨160m上承式钢管混凝土拱桥进行了考虑环境温度影响的动力性能分析，并得出以下一些主要结论：（1）环境温度对桥梁结构自振频率的影响是由材料的温变特性、结构几何尺寸的温变特性、结构初始温度内力、支座刚度的温变特性、结构边界类型的温变特性共同作用的结果。以结构动力学理论推导的分析表明，材料的温变特性和结构初始内力是圆截面简支梁自振频率随温度变化的主要原因，几何尺寸变化的影响很小。（2）采用

4、有限元软件Midas/Civil进行的动力分析表明，环境温度与结构自振频率之间呈现负相关。材料特性和支座刚度的温变特性是引起上承式钢管混凝土拱桥自振频率改变的主要原因，且低温的影响大于高温的影响。温度内力的影响很小。以15℃作为基准温度，综合考虑各影响因素的温变特性时，-45℃时横向基频增大23%，竖向基频增大31%。（3）考虑材料的温变特性时，自振频率受沥青混凝土弹性模量的影响最大，其次是C50混凝土弹性模量，Q345钢材的温变特性对自振频率的影响很小。低温时引起结构横向刚度增加大于竖向刚度，引起竖向振型提前，横向

5、振型滞后。（4）低温时支座刚度对频率的影响比高温更加显著，且剪切刚度的改变对自振频率的影响大于抗压刚度。结构竖向基频对支座刚度变化的敏感性大于横向基频。不论是支座结冰刚度增加还是伸缩缝失效，都会对结构的频率和振型产生很大的影响。（5）地震响应分析结果表明，环境温度对拱肋纵向和横向地震反应的影响比较显著，对竖向地震反应的影响不大，可以忽略。拱肋和桥面主梁在低温状态横向和纵向地震反应都有所增加，拱肋在-45℃纵向地震反应轴力增加20%，桥面主梁横向地震反应轴力在-45℃时增加到原来的14.83倍。因此桥梁低温状态拱脚的纵

6、向地震反应和桥面主梁横向地震反应的增幅应引起设计者注意。关键词：上承式钢管混凝土拱桥；环境温度；温变特性；自振频率；地震响应西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractWiththeconstructionofconcretefilledsteeltubearchbridge,itsself-vibrationperformanceandseismicperformancehavebecomeanimportantresearchdirection.Thedynamicperformanceofthebri

7、dgebuiltintheareawithlargetemperaturedifferenceshowsasignificantcorrelationoftemperature.ForthedecktypeCFSTarchbridge,theinfluenceofenvironmenttemperatureonitsself-vibrationcharacteristicsandseismicresponsehasitsowncharacteristics.Basedonthetheoryofstructuraldy

8、namicsandthefiniteelementmethod,thedynamicperformanceofamainspan160mdecktypeCFSTarchbridgeundertheinfluenceofambienttemperatureisanalyzedinthisessay.Themainconclusionsareasf