低重心斜拉橋地震回響特性研究

《低重心斜拉橋地震回響特性研究》是依託北京工業大學，由張文學擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：低重心斜拉橋地震回響特性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張文學
• 依託單位：北京工業大學

項目摘要

目前研究認為要使地震作用下斜拉橋的內力回響小，就要付出較大位移為代價，反之亦然，這種認識是不盡全面、不夠準確的。為此，研究重心高度對不同結構體系斜拉橋地震回響特性的影響，提出低重心斜拉橋概念。建立飄浮體系斜拉橋縱向一階振動頻率雙質點反向擺式簡化模型和縱向固定鉸接結構體系斜拉橋縱向一階振動頻率的雙質點簡化計算模型，推導縱向一階振動頻率計算公式，進而提出低重心斜拉橋判斷準則，研究低重心斜拉橋地震回響特性和破壞機理。利用摩擦自鎖原理研發以地震動加速度激活的大噸位安全帶連線裝置，建立其單元本構模型。提出一種新型低重心斜拉橋抗震結構體系- - 安全帶連線體系，在此基礎上，分析安全帶連線體系低重心斜拉橋地震回響特性和減震機理；研究重心高度對不同結構體系斜拉橋地震破壞機理及損傷模式影響，並進行相應的振動台模型實驗。該項目的研究不僅具有較強的理論意義，且具有較好的實際套用價值。

結題摘要

目前認為漂浮體系斜拉橋自振周期長，在地震作用下，主塔的內力回響比相同條件下鉸接體系斜拉橋小，但縱向位移回響要比鉸接體系斜拉橋大。要使地震作用下斜拉橋的內力回響小，就要付出較大位移為代價，反之亦然，這種認識是不盡全面、不夠準確的。 為此，本項目在研究重心高度對不同結構體系斜拉橋地震回響特性影響的基礎上，提出了低重心斜拉橋概念。從地震作用下斜拉橋慣性力傳遞路逕入手，提出飄浮體系、固定鉸接體系斜拉橋的雙質點簡化計算分析模型，利用剛度法和Rayleigh能量法分別推導了兩種體系縱向一階頻率簡化計算公式。根據不同體系斜拉橋縱向一階振動頻率計算公式，建立了低重心斜拉橋判斷準則。並結合已建10座斜拉橋實例，驗證了本文提出的斜拉橋縱向一階自振周期簡化計算公式和低重心斜拉橋的評價準則具有良好的穩定性，可用於斜拉橋的初步設計和方案比選，其誤差在可接受的範圍。利用摩擦自鎖原理研發以地震動加速度激活的大噸位安全帶連線裝置和鎖死銷裝置，建立了安全帶和鎖死銷的單元本構模型。提出一種新型低重心斜拉橋抗震結構體系——安全帶連線體系。以某斜拉橋為依託工程設計了4個1:25的斜拉橋振動台實驗模型，分別進行了漂浮體系斜拉橋振動台實驗、固定鉸接體系斜拉橋振動台實驗、安全帶連線體系斜拉橋振動台實驗和低重心斜拉橋縱向“人字形”塔振動台實驗。通過模型實驗和數值模擬研究了低重心斜拉橋的破壞特徵和破壞機理。探討了安全帶連線體系低重心斜拉橋地震回響特性和減震機理，提出了斜拉橋安全帶連線體系設計注意事項。本項目的研究不僅具有較強的理論意義，且具有較好的實際套用價值。該項目已經發表SCI論文3篇，EI論文15篇，EI期刊錄用待發表論文2篇，EI/ISTP會議論文3篇，核心期刊論文8篇，獲批發明專利6項。