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云南国道G214线丽江市K6+238忠义中桥建筑抗震研究

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  • 论文编号:el2019013020222018575
  • 日期:2019-01-26
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本文是一篇建筑学论文,建筑学所涉及的建筑艺术和建筑技术、以及作为实用艺术的建筑艺术所包括的美学的一面和实用的一面,它们虽有明确的不同但又密切联系,并且其分量随具体情况和建筑物的不同而大不相同。本科建筑类专业包括:建筑学专业、城乡规划专业、风景园林等专业。(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 研究背景
桥梁在社会的生产生活中是一项重要的基础建筑,它的特点是投资花费巨大,适用于各种交通行业。近年来国家的发展越来越快,人民生活水平的不断提高,城市桥梁在大中城市的作用非常明显,俨然成为城市发展的主动脉,承担着市民奔向富裕的任务。当地震发生时,桥梁承担起了紧急救援、恢复正常生产生活、保证各种物资顺利进入灾区的职责。桥梁设施在地震的作用下损坏、倒塌后需要支付高额的费用来重新修建,而这一项费用远远超过了改建或维修桥梁所使用的费用给国家财政带来很大的负担,因此,桥梁的抗震设计成为各个研究单位重点研究的课题。我国在经历了唐山大地震这一突发事件后,我国为了填补桥梁抗震领域的空白,各科研单位相继开展了桥梁抗震的研究,各种科研高校之间的合作,共同制定了关于桥梁抗震的各种规范,对社会的经济发展产生积极作用。我国是一个多地震的国家,其地震发生频率较高,只要分布于沿海地带及中西部地区,中国的地震具有频率高,破坏性强,分布较广的特点。我国有多半的城市位于地震烈度较强的地区,大部分地区发生的烈度都在 7 度左右,其危害性大,破坏性强。一旦地震发生对于我国经济发展的影响将会非常大,不仅严重影响人们的生活,还会造成巨大的生命财产的损失。我国自远古以来,全国各地省市几乎都有发生过地震,其地震强度不一,对桥梁和其它重要性建筑都造成了不可估量的损失。从 20 世纪起,就相继发生了许多烈度较强的地震,其中典型的有唐山大地震,汶川大地震,玉树大地震等等,地震给国家和人民造成了大量的经济,特别是给人民带来了严重的心理创伤和消极的影响。曲线梁桥能够很好地适用于各种地形地貌,对位置的选取带来了很大的方便的特点,使得施工方便快捷,整体路线平顺流畅,线性连续平滑。因此,在国内外城市高架、立交桥梁工程以及高等级公路中得到了广泛应用。曲线梁桥与直线梁桥在结构上有很大的区别,所以在受力方面分析方法完全不同,“弯扭藕合”现象在曲线桥的研究中占据着主要的地位,曲率越大,藕合现象越突出;静力荷载如此,动力荷载亦是如此。当地震发生在曲线梁桥所在的地方,这种弯扭祸合效应会被放大,使得曲线梁桥非常危险,很容易就会坍塌。
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1.2 地震成因及危害
地震是由于地壳移动而产生的一种冲击波,在地震发生时,受地震波的影响使得地面的水平运动和竖向运动同时产生,在地震波影响范围内的任何物体的作用都是这两种运动组合的结果。诱发地震形成的原因有多种,列如火山活动,土体塌落,天体活动,人工因素等都可能引发地震,原因多种多样。其中构造地震破坏性更强,发生频率更高,影响更大,约占破坏性地震总能量的 95%以上。地震类型及成因见下表:在地壳移动的过程中,由于岩石之间的相互挤压和移动导致岩体内产生巨大的能量,这种能量集聚到一定时期会超过了岩石所能承受的能力时,就会使岩石发生破坏。当大多数的岩石因能量聚集而发生破裂时,会使得岩体层面发生大面积断裂,进而释放出大量的能量。其中一部分就以弹性波—地震波的形式传播到地表,形成地震。通常一次地震只能够将其所积累地应力降低 1-l OMPa(不论断层种类和震级)在一个地震周期内主震所释放的能量占可释放能量的 90%以上,余震释放的能量相当少。两次强震接连发生这种事件至今为止还没有发生,但小震会连续发生。根据震源的深浅,可以将地震分为浅源地震(震源深度小于 60km )、中源地震(震源深度 60^' 300km)和深源地震(震源深度大于 300km )。其中浅源地震造成的危害最大,当震源深度超过 100km 时,通常就不会在地面上造成震害。我国发生的地震多为浅源地震,震源深度通长在 10 至 20km。
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第二章 桥梁抗震设计方法
 
2.1 静力法
我国是世界上多地震国家之一,地震通长会给人类带来巨大的损失,所以要进行地震反应分析,为桥梁抗震设计安全提供保障。桥梁地震反应分析方法主要有以下几种:静力法、反应谱法、功率谱法和动态时程分析法。在桥梁抗震设计中,静力法最早被采用,随着科学技术的发展,反应谱法、功率谱法和动态时程分析法也不断的被各个国家广泛应用。在近几十年来,动态时程分析法主要被应用于桥梁的重要结构,而功率谱法也逐渐成为桥梁抗震设计方法之一。在静力分析理论中,为了忽略变形对结构的作用,通常把结构被看作刚体,就减少了变形对原结构的影响。结构动力特性是一个重要因素,而在静力法中这个重要因素被简化,认为地震加速度是引起结构破坏的重要原因。静力法要成立,只有当结构不产生变形而被视为刚体来研究,结构存在着固定周期,地面存在着运动周期,将两者间相比,前者必须远远小于后者。由于静力法存在着的局限性,只有在结构被视为刚体的时候才适用。
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2.2 反应谱法
 
2.2.1 反应谱理论
在近代,人们慢慢的注意到了地震动的加速度时间历程,美国在十九世纪四十年代到六十年代期间记录了大量的强震观测记录,为以后抗震设计理论发展做出了重要的贡献。在 1943 年,M.A.Biot 通过实测地震动记录计算出结构的自振周期和地震最大反应的关系,两者之间的关系曲线即被称为反应谱曲线,G.W.Housner 在 1948 年提出弹性反应谱曲线,抗震设计的刚性理论震度法逐渐被取代,使得反应谱法不断完善和发展,到后来实践工程中被广泛的使用。由于自身的自振周期和阻尼比不同,所以从结构动力学反面来说,地面运动的加速度不同于结构上的各个点得地震反应加速度,用这种方法就可以得到在不同频率的前提下,所对应的单自由度弹性体系质点的加速度反应。反应谱法的发展离不开地震地面运动的记录,两者之间存在着密切的联系。大多数国家的抗震规范中,仍然使用弹性反应谱理论,用一个系数乘以地震力来计算结构的地震响应。现行反应谱法存在一定的缺点[2]:只能得到结构最大反应,只能用于弹性分析,不能计算长周期结构,不能反映结构在地震作用持续时间下的影响及结构地震过程中经历,振型组合在多振型反应谱法中还有点复杂。
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第三章 桥梁动力特性分析............20
3.1 工程概况.......20
3.1.1 工程地质条件............20
3.1.2 设计标准及技术规范............21
3.1.3 设计要点........22
3.2 有限元模型...............24
3.3 结构动力特性分析...............25
3.3.1 结构体系的动力特性计算....25
3.3.2 模态分析的结果........26
3.4 本章小结.......33
第四章 曲线梁桥反应谱分析........34
4.1 地震动输入...............34
4.1.1 地震基本参数的确定...........34
4.1.2 地震波输入方向的研究.......37
4.2 8 级地震反应谱分析结果...............38
4.2.1 反应谱分析顺桥向...............38
4.2.2 反应谱分析横桥向...............47
4.3 9 级地震反应谱分析结果...............55
4.3.1 反应谱分析顺桥向...............55
4.3.2 反应谱分析横桥向...............59
4.4 截面抗力验算..........64
4.5 本章小结......65
第五章 曲线梁桥动态时程分析....67
5.1 地震动输入..............67
5.2 顺桥向地震作用下的时程分析......67
5.3 横向地震作用下的时程分析..........73
5.4 截面抗力验算..........79
5.5 本章小结......80
 
第五章 曲线梁桥动态时程分析
 
5.1 地震动输入
根据抗震设计规范(GB50011-2010)的 5.1.2 条文说明中规定,正确选择地震加速度时程曲线对计算结果具有重要意义。地震动的三要素包括频谱特性、有效峰值和持续时间。虽然对未来该场地处的可能的地震动特性无法预测,但是只要选取合理的参数,该地震动下的结构响应就比较合理,能够满足工程所需要的精度。按照规范规定,时程分析法,最少选用 3 条地震波模拟地震,本文选定MIDAS/CIVIL 中的 El Centro Site 波进行抗震分析,地震波函数如下:将上图中模拟出的地震波作用到桥梁上时,分别考虑顺桥向与横桥向的内力、位移当地震荷载作用为顺桥向作用时,顺桥向的时程加速度最大为节点 141:3.612614m/sec^2,其时间步骤为 4.2 秒;横桥向的时程位移最大为节点 24:1.416179m/sec^2,其时间步骤为 9.87 秒;Z 方向的时程位移最大为节点 8:2.666849m/sec^2,其时间步骤为 4.19 秒。各时间步骤的振型图和内力图见下。#p#分页标题#e#
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结论
 
本文针对小半径曲线梁桥,应用大型有限元软件 Midas Civil 对三跨连续曲线梁桥进行地震反应分析,得到结论如下:
1、运用反应谱法分析曲线桥地震响应,通过依据云南国道 G214 线丽江市K6+238 忠义中桥实际工程建模得出的计算结果与规范要求的计算结果进行对比,各个模态均在合理范围内,模型建立合理且反映实际工程,按照多振型反应谱法分析地震作用沿顺桥向和横桥向结构的内力和变形是可行的。
2、运用时程分析法分析曲线桥地震响应时选定了 MIDAS/CIVIL 中的 ElCentro Site 波进行抗震分析,并选取了合理的参数对未来该场地处的可能的地震动特性进行预测。分析结果与反应谱法分析结果进行了对比,得出了时程分析结果沿顺 桥向和横桥向均不小于反应谱法分析结果 80%的结论,满足规范要求,该地震动下的结构响应比较合理,能够满足工程所需要的精度。
3、这座桥梁满足设计要求中所规定的抗震设防烈度 8 度,不能抵抗烈度为 9度的地震波。但云南是一个地震高发区,会出现一些烈度较高的地震,所以在烈度为 9 度的地震出现时,要对桥梁提前进行加固处理,在地震发生后及时加固桥墩,保证桥梁在地震后经过加固还可以使用。
4、本文中的找到地震波最不利的输入方向对于结构的安全性很重要,尤其是曲线梁桥,因此要根据曲线梁桥的特点,找到最不利的地震波输入角度,才能找到对于桥梁的最不利荷载,才能提前采取适当的措施。
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参考文献(略)
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