大跨度上承式拱桥减震控制研究-工程力学专业论文.docx

摘 要 大跨度上承式拱桥，是在我国西南地区常见的一种桥型。但是由于其主拱的 轴压比相当大，抗震性能不好，且不适合进行传统的延性设计，因此目前多采用 极不经济的弹性设计方法。本文将房屋建筑中常用的耗能支撑加入上承式拱桥之 中，以寻求一种较为经济合理的桥梁抗震设计方法。针对阻尼支撑的加设方式、 拱桥减震效果、大跨度拱桥的多点激励以及阻尼支撑的参数优化等问题，本文进 行了相关方面的研究，具体工作有以下几个方面： （1）提出了在主拱和桥面之间加设阻尼支撑的方案，给出了阻尼支撑的两种 布置方法。以尼木大桥为例，采用梁格法建立了空间梁单元有限元模型，进行了 模态分析和动力时程分析。在尼木大桥上加设阻尼支撑，采用非线性阻尼恢复力 模型，对其进行了动力时程分析。和未加阻尼支撑的地震响应的比较结果表明， 尼木大桥主拱平面内的位移得到了良好的控制，阻尼支撑的作用相当明显。 （2）对于多点激励、结构优化等问题，常见的通用有限元分析软件无法方便 得以实现，因此，本文采用面向对象的 Visual C++编程语言，编制了基于 Windows 操作系统的三维有限元计算平台 3DFIN，在此平台基础之上实现了阻尼支撑单元、 非比例阻尼矩阵、多点激励时程分析以及遗传算法优化等功能。 （3）对大跨度上承式拱桥进行了各种工况的行波效应多点激励分析，从计算 结果中可以看出，考虑多点激励以后，跨中与 1/4 跨响应均比一致激励大。随着桥 梁跨度的增大，行波效应多点激励造成的影响呈逐渐增大的趋势。在大跨度桥梁 之中，多点激励是必须要考虑的一个因素。 （4）以所有阻尼支撑阻尼系数之和为目标函数，以时程分析中拱桥最大竖向 位移限值为约束条件，建立了上承式拱桥中阻尼支撑参数优化的数学模型，编制 了针对阻尼支撑阻尼系数取值的优化程序。对一上承式拱桥的算例进行遗传算法 优化分析，通过与各种阻尼支撑布置方案的比较，表明通过遗传算法的优化结果 具有良好的经济效益，且具有足够的安全性。 关键词：大跨度上承式拱桥，减震控制，阻尼支撑，有限元程序，多点激励， 时程分析，结构优化，遗传算法 ABSTRACT Long-span deck-arch bridge is a kind bridge which is prevalent in southwest China. However, the axial compressive ratio in the arch is high, the aseismic behavior is poor, and the traditional ductility designing method is unsuitable, so the current designing method is elastic design, which is very uneconomical. In this paper, in order to find a economical aseismic designing method, energy dissipation braces, which is commonly used in buildings, are installed in deck-arch bridges. Researches have carried out on some areas including the installing mode of damping braces, aseismic effect of arch bridges, multi-support seismic excitation of long-span arch bridges, the optimization of parameters of damping braces, and so on. Some works have finished in the following aspects: The scheme of installing damping braces between the arch and the deck was put forward, and two methods of layout of damping braces were provided. In the example of Nimu Bridge, a FEM model of 3D beams is established by beam grid method, and mode analysis and time history analysis have been done. In the example of Nimu Bridge of d