本文还推导 了曲梁单元的质量矩阵

2019-09-12 20:47

大跨度钢管混凝土拱桥 的动力学研究 学位申请人姓名 培 养 单 位 湖南人一#}小工w学院 导师姓名及职称 学 科 专 业 研 究 方 向 论文提交日期 博士学位论文 摘要 近儿十年来,随着科学技术的进步,国民经济的蓬勃发展,国家基础设施建没规模的不断扩大,我国桥梁建设取得了举世瞩目的成就,桥梁建筑技术也有了很大的进展。钢管混凝土拱桥由于承载力高、跨越能力强、抗震性能好、施工方便而得到迅速发展。同时也是我国自1990年以来应用发展最快的‘种桥型。随着钢管混凝±结构理论的小断发胜和完善,钢管混凝土拱桥也向更大跨径、更大规模方向发展,同时应用区域和范围也不断扩大,目前已建成的钢管混凝土拱桥的最大跨度已超到450m。与钢管混凝土拱桥的迅速发展桐适应,近年来,对钢管混凝土拱桥的动力学理论研究开展了很多有益的工作,但远远跟不上它的发展。因此对钢管混凝土拱桥的动力学进行研究是桥梁工程巾的一项十分紧迫的工作。 本文针对钢管混凝土拱桥的动力学基本理论进行了研究,其目的是为钢管混凝土拱桥漫计理论的发展提供理论基础。基于非线性连续介质力学中有限变形中的u l列式,建立了考虑大位移和大转动的空间非线性曲梁单元。在此基础之上,编制了应用于铡管混凝土拱桥的动力学分析的有限元程序。并利用此程序对正在建设中的湖南南县茅孳街大桥进行了自由振动和地震响应分析。研究了不同结构参数列固有频率和地震响麻的影响,同时还研究了其它因素对地震响应的影响。具体研究主要包括以下几个方面: 1利j=fj微分几何的prenet—serret公式和hamilton变分原理,建立了空间弹性拱的忙 线性动力学模型。为对空间弹性拱的非线性动力学分析奠定了理论基础。,同时首次 利用非线性动力学中liapunove—schmidt法研究了浅拱的动力屈曲问题,并得到了 一次近似下的弹性拱发生动力屈曲临界动载幅值的解析表达式。 2利用虚功原理推导了基于非线性连续介质力学有限变形的动力学增量方程。『司时利 用有限元的基本原理,把动力学的增量方程改写成有限元的增量形式。本文还利用 hamilton变分原理推导了考虑阻尼和外部荷载作用下大跨度钢管混凝士拱桥的动力 学方程。 x利用当前拉格朗日描述,建立了空问非线性曲粱单元的u.l列式。这种单儿呵以 综合考虑大位移以及大转动,也可以方便引入简单应力状态下钢管混凝:卜的本构必 系。同时考虑多个节点,可以比较精确地模拟拱桥中拱肋的曲线形状。本文还推导 了曲梁单元的质量矩阵。 4.编制了综合考虑几何非线性和钢管混凝土材料非线性的钢管混凝土拱桥的动力学分 析程序,此程序能对钢管混凝士拱桥的自由振动和地震响应进行分析。同时此稃序 包含了三种不同的单元,也可以推』1‘到斜拉桥以及悬索桥的动力学分析,有较厂的 应用范围。 5以正在建设中的湖南南县茅草街大桥为例,利用编制的有限元程序分析了大跨』耍钢 管混凝十拱桥的自由振动以及地震响应。研究了钢管直径、钢管混凝十巾的岔钢 t 人跨艘铡管混凝上撼桥的动向学研究 率、褥臻囊度、横撑和系轻等对铜管混凝主撰揆豹豳有频率帮地震淘痰瓣澎i翻。j!至; 磺窥,{#‘效激励、a#线性、多维激励以及地震烟峰值对地震峨应的影响。