摘 要

随着人类科学技术与建桥工艺的发展，桥梁的跨径也越来越大造型也愈发的美观结构类型也偏向于多样化、轻型化。斜拉桥具备以上所有的优点因此成为了如今最受欢迎的桥型之一。但是其往往适用于大跨径乃至于超大跨径桥梁因此一般作为高等级道路的控制性工程而存在的，其造价也往往很高。这样的咽喉工程一旦在地震中损坏必将给灾区的抗震救灾工作造成诸多不便，同时其重建也同样是代价巨大。所以，对大跨度斜拉桥进行抗震分析就显得尤为必要了！

我的这篇论文以西固黄河大桥为工程背景进行了如下工作

1，利用ANSYS和MIDAS两种有限元软件建立了西固桥的有限元模型；

2，运用ANSYS和MIDAS进行了西固桥的静力和前20阶的模态分析；

3，运用ANSYS和MIDAS对西固大桥进行了地震时程分析；

4，对比了该桥在不同支撑体系下的地震反应；

5，对比了MIDAS有限元模型和ANSYS有限元模型的地震反应结果。

关键词：斜拉桥，地震时程分析，抗震对策，ANSYS,MIDAS

Abstract

With the development of human science and technology and bridge technology, the span of the bridge is also more and more shape is also more and more beautiful type of structure is also biased towards diversification, light. The cable-stayed bridge has all of the above advantages and has become one of the most popular bridge types today. But it is often applicable to large span and even large span bridge so generally as a high-level road control project exists, and its cost is often high. This kind of throat project once damaged in the earthquake will cause disaster relief work in the disaster area caused by a lot of inconvenience, while its reconstruction is also a huge price. Therefore, the long-span cable-stayed bridge for seismic analysis is particularly necessary!

My thesis in Xigu the Yellow River bridge established two finite element models of the ANSYS and MIDAS are analyzed as follows:

1, the finite element model of the bridge was built west of two kinds of finite element software by using ANSYS and MIDAS;

2, the use of ANSYS and MIDAS static analysis was carried out and the first 20 order Xigu bridge mode;

3, the use of ANSYS and MIDAS on the seismic time history analysis on the West bridge;

4, the seismic responses of the bridge under different support systems are compared;

5, the seismic responses of the MIDAS finite element model and the ANSYS finite element model are compared.

Key words: cable - stayed bridge, earthquake time history analysis, seismic countermeasures, ANSYS, MIDAS

摘要 II

Abstract III

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2斜拉桥的历史与发展 1

1.3桥梁地震灾害及抗震设计原则 2

1.4斜拉桥地震反应研究历史 6

1.5本文主要内容 6

第二章 桥梁地震反应分析和反应分析方法 7

2.1桥梁结构地震反应分析 7

2.1.1结构动力学概念 7

2.1.2结构地震振动方程 7

2.1.3结构动力特性 7

2.2动态时程分析法 8

2.2.1动态时程分析法理论的发展 8

2.3总结 8

第三章 西固大桥建模过程 10

3.1西固桥模型建立的方法 10

3.2西固桥工程概况 10

3.2.1工程概述 10

3.2.2西固桥总体布置 10

3.2.3西固桥桥塔形式 10

3.2.4西固桥斜拉索材料形式 11

3.2.5西固桥主梁形式 11

3.3西固桥斜拉索初始弹性模量等效换算 11

3.4西固桥主梁截面换算 15

3.4.1截面等效换算 15

3.4.2密度等效换算 17

3.5西固桥双主梁ANSYS有限元模型的建立 18

3.6斜拉桥静力分析与模态分析 20

3.6.1模型分析检验的必要性 20

3.6.2模型的静力检验分析 21

3.6.3模型的模态检验分析 21

3.7小结 24

第四章 西固桥地震反应时程分析 25

4.1概述 25

4.2地震波的选取 25

4.3横向作用下地震反应时程分析 26

4.4小结 30

第五章 西固桥Midas模型建模简介 31

5.1西固桥Midas模型建模简介 31

5.2西固桥Midas模型静力与模态分析 32

5.3地震时程分析比较 34

5.4小结 35

第六章 抗震对策 37

6.1不同结构体系在相同地震作用下的对比 37

6.2施工质量对斜拉桥抗震性能的影响 38

第七章结论与展望 39

7.1结论 39

7.2展望 39

参考文献 41

附录 43

致谢 59

第一章 绪论

1.1引言

地震是一种常见的自然灾害，全球每年都会发生多次^[1]。其中只有少部分会危及人类的安全（大约20次严重威胁人类的生命财产安全，像唐山、汶川那样对人类威胁特别严重的地震大约每年发生1-2次）。但是不幸的是近30年来震级高、烈度大、破坏性强的地震大多发生于人口稠密的城市中，它们给我们人类带来了巨大的损失。其中几次重要的大地震及其造成的损失如表1.1所示。

表1.1 近30年世界部分大地震及其经济损失^[1]

桥梁是道路的咽喉，对道路网的建设起着控制性的作用。在地震发生后即为灾区通往外界的生命通道。我国是一个地震多发的国家，超过4成以上的国土面积处于Ⅶ度及以上地震烈度地区。因此对桥梁进行抗震研究是一项势必须进行的工作。

1.2斜拉桥的历史与发展

斜拉桥这种桥型结构又来已久。其最原始的形态是树林间相互牵扯的藤蔓加以修饰梳理而来，我国的澜沧江、金沙江上还有类似的交通通道。但是迫于当时人们对斜拉桥受力机理和高强度、轻型化材料了解，长期以来各国斜拉桥的发展一直很缓慢。直到1938年德国的狄辛格——现代斜拉桥设计基础的奠定者的出现。^[2]人类才于1955年修建了历史上第一座真正意义上的斜拉桥——瑞典主跨为182.6m的Stromsund桥。^[2]随后德国人于1957年修建了主跨为260m的TheodorHeuss桥。1962年委内瑞拉创造性地使用廉价的预应力混凝土梁代替钢梁建造了马拉开波斜拉桥。^[2]从此以后各国在建造跨径在200-500m的斜拉桥时纷纷效仿委内瑞拉的做法。但是桥梁工程师并没有停止前进的脚步，随之想要建造跨径越来越大的桥，但是收到到混凝土这种材料自身性能的影响建造跨径为500m以上的斜拉桥就不不容易实现了。因此当跨径在500—1000m时，通常采用结合梁、钢梁以及混合梁，

由于历史的原因我国现代工业发展滞后因此现代斜拉桥发展较晚，但是我们发展很快。经过近40年的发展我国斜拉桥的建桥工艺以及技术水平已居世界前列。我国第一座斜拉桥是1957年于四川云阳修建的，其跨径为76m。^[2]随后在1976年在上海松江一座跨径为76m的混凝土斜拉桥。再后来于1982年山东修建了跨径大于200m的上海柳港斜拉桥。^[3]