研究生论文开题报告.docx

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研究生论文开题报告

硕士研究生选题报告书

选题题目中承式拱桥地震响应分析

研究生姓名****

导师姓名****职称副教授

入学年月2010年9月

所属院（系）****************

专业***************

研究方向

选题报告时间20**年*月**日

硕士研究生选题报告书

一、文献查阅报告

桥梁是交通运输系统中的枢纽工程，也是抗震防灾系统中的一个重要组成部分，强烈地震中桥梁设施严重损坏、倒塌不但会直接造成巨大的直接经济损失，而且会切断当地的交通路线，使震后救灾工作愈发困难，次生灾害不断加重，所以提高桥梁的抗震性能是减轻地震损失、加强区域安全的基本措施之一。

中承式拱桥具有突出的美学效果，在我国桥梁工程中得到了广泛应用。

中承式拱桥一般由拱肋、吊杆、桥面系和桥墩组成，拱肋为主要受力构件，承受较大的轴向压力；两片拱肋之间通常设置横撑，以提高结构的横向稳定性；桥面系为二次受力构件，作用在桥面系上的竖向荷载通过吊杆传递给拱肋，再由拱肋传递给桥墩。

中承式拱桥结构受力复杂，空间效应明显，桥梁的横向刚度较弱，地震作用下容易发生拱肋面外横向振动而导致结构破坏。

所以对中承式拱桥进行地震响应计算分析，提高其抗震性能，具有重要的现实意义和实用价值。

参考文献:

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重庆交通学院硕士学位论文，2005.

[28]李晓光.钢筋混凝土双肋拱桥的侧倾稳定研究及地震反应分析[D].大连:

大连理工大学硕士学位论文，2004.

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西南交通大学硕士学位论文，2000.

[30]黎维芬.大跨度钢管混凝土拱桥几何、材料非线性地震反应分析[D].成都:

西南交通大学硕士学位论文，2001.

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[38]王连华.大跨度钢管混凝土拱桥的动力学研究[D].长沙:

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[42]王浩，李爱群，乔建东.不同激励下大跨度CFST拱桥地震反应时程分析[J].工程抗震与加固改造，2006，28（4）:

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[43]欧碧峰.大跨度钢管混凝土拱桥非线性地震反应分析[D].重庆:

重庆交通学院硕士学位论文，2005.

[44]谢开仲.大跨度钢管混凝土拱桥非线性地震反应分析与研究[D].南宁:

广西大学博士学位论文，2005.

[45]李鹏.大跨度系杆拱桥动力特性和抗震性能研究[D].南京:

东南大学硕士学位论文，2005.

[46]陈伟利.钢管混凝土拱桥参数对自振特性的影响研究[D].石家庄:

石家庄铁道学院硕士学位论文，2005.

[47]张建民，寇素霞.钢管混凝土拱桥地震反应分析[J].森林工程，2005，21（4）:

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[48]黄光清.钢管混凝土拱桥延性抗震机理分析[D].重庆:

重庆交通学院硕士学位论文，2003.

[49]徐叶琴.大跨度钢管混凝土拱桥横向稳定性和横向抗震性分析[D].杭州:

浙江大学硕士学位论文，2005.

[50]罗辑.基于OpenSees计算平台的钢管混凝土拱桥抗震性能分析[D].成都:

四川大学硕士学位论文，2004.

[51]张玉萍.钢管混凝土拱桥的抗震性能分析[D].武汉:

武汉理工大学硕士学位论文，2005.

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[54]Loh,Chin-Hsiung,LinSu-Gen.Directionalityandsimulationinspatialvariationofseismicwaves[J].EngineeringStructrue，1990，12

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701～715.

二、和选题相关的调研报告

1.时间：

2011年3月—2011年10月

地点：

**

单位：

学图书馆、院资料室

主要收获：

广泛阅读、收集与课题领域相关的学术期刊，了解相关的科学研究现状、科研成果及尚待解决的问题，明确了研究的目的和意义，为选题做准备。

同时针对自己的研究方向及重难点，在图书馆查阅相关的理论书籍，增强理论知识，为课题研究打下理论基础。

2.时间：

2011年10月—2012年1月

地点：

****

单位：

***勘察设计研究院

主要收获：

了解桥梁抗震设计的基本内容和方法。

重点对以下几个问题进行了了解：

不同结构类型的混凝土拱桥合理抗震设计的基本要求和确定方法

不同结构类型的混凝土拱桥合理抗震设计的计算主要内容和方法

中承式混凝土拱桥合理抗震设计的重点和难点

通过本阶段有针对性的调研，并在导师的指导下，明确了课题研究的内容，确定了研究的方法和路线。

3.时间：

2011年1月—2011年3月

地点：

**

单位：

****图书馆与资料室

主要收获：

通过有限元软件MIDASCivil的学习，掌握桥梁建模的基本方法，为课题研究和计算结果的比较打下基础，有助于课题研究高质量的完成。

三、选题报告

1．所选课题的题目及课题来源

课题的题目：

中承式拱桥地震响应分析

课题来源：

导师指导下的课题

2．课题研究的目的、意义

地震是一种自然现象，强烈地震不仅会造成大量人员伤亡，还会造成大量建筑物桥梁破坏和倒塌，给国家和社会造成巨大的生命财产损失。

桥梁作为交通运输系统中的枢纽工程和生命线工程，具有投资大、公共性强和维护管理困难等特点，强震中桥梁设施的损坏和倒塌所带来的经济损失常常超过了桥梁因改建或维修所需要的费用，桥梁的严重破坏不但会造成巨大的直接经济损失，而且还会切断当地的交通路线，使震后救灾工作愈发困难，次生灾害不断加重。

我国是一个多地震国家，建桥时必须考虑地震对桥梁结构的影响，避免桥梁在强烈地震作用下发生破坏和倒塌。

中承式拱桥具有突出的美学效果，在我国桥梁工程中得到了广泛应用，具有关资料统计，我国目前已经修建了300余座此类型桥梁。

中承式拱桥一般由拱肋、吊杆、桥面系和桥墩组成，拱肋为主要受力构件，承受较大的轴向压力；两片拱肋之间通常设置横撑，以提高结构的横向稳定性；桥面系为二次受力构件，作用在桥面系上的竖向荷载通过吊杆传递给拱肋，再由拱肋传递给桥墩。

中承式拱桥结构受力复杂，空间效应明显，桥梁的横向刚度较弱，地震作用下容易发生拱肋面外横向振动而导致结构破坏。

所以对中承式拱桥进行地震响应计算分析，对提高这种桥梁在地震作用下的安全性，避免人员伤亡，减轻桥梁震害提供一定的参考。

3．和本课题有关的国内外研究现状分析

3.1中承式拱桥动力性能研究

中承式拱桥结构形式丰富多样，与传统的上承式拱桥在结构体系、材料性能等方面都有着明显的差异，其动力性能、抗震性能均有自身的特点。

我国对中承式拱桥静力性能的研究己经取得了丰富的研究成果，但是对动力性能和抗震性能的研究开展较少。

桥梁的动力特性包括结构的自振频率、振型和阻尼比等参数，取决于结构的组成体系、刚度、质量分布以及边界支承条件等因素，反映出结构的刚度指标。

桥梁动力性能分析是正确进行桥梁抗震分析、车振分析和抗风稳定性分析的基础。

近年来，国内外学者在对中承式拱桥动力性能试验研究的基础上，结合有限元数值计算，取得了一定的理论研究成果。

文献[15]采用纤维模型对桥梁压弯构件的动力性能进行较为系统的理论分析，得出了钢筋混凝土构件的滞回特性和延性状况。

文献[16]建立了桥梁压弯构件的弯矩－曲率滞回模型和轴力－位移恢复力模型，为钢筋混凝土结构的动力计算奠定了理论基础。

由于中承式拱桥结构受力复杂，空间效应明显，计算时需按三维结构体系进行建模，有针对性地开展拱桥动力性能研究。

文献[18]以某中承式钢管混凝土提篮拱桥为工程背景，对大跨度中承式拱桥的动力性能进行研究。

该桥梁跨径60m，桥宽8m，拱轴线采用二次抛物线，矢跨比1/4，拱肋采用直径为1.lm的圆形钢管混凝土截面，立柱和横撑均采用直径为lm的圆形混凝土截面。

文中分析了拱肋内倾角、横撑布置和吊杆形式对桥梁整体动力特性的影响程度，得出结论：

拱肋内倾角对结构自振频率的影响较大，尤其对低频，随着内倾角的增大频率也相应提高，结构横向刚度增加，但是当内倾角大于10°时，自振频率提高的不多，而拱肋由于内倾角较大，稳定承载力有所下降，故内倾角以10°左右为佳；横撑不仅能够大幅度提高全桥的横向刚度，而且对结构动力特性的影响也较大；吊杆形式以及斜吊杆所采用的交角大小，对全桥动力特性的影响不如拱肋内倾角和横撑影响大。

文献[19]以某钢管混凝土拱桥为研究对象，对中承式拱桥的动力性能进行研究。

该桥梁是一座中承式钢管混凝土系杆拱桥，跨径组成为（58+130+200+130+58）m，桥宽22m，主拱为等截面析架式双肋拱，拱轴线采用悬链线，矢跨比1/4，桥面以上7道横撑，桥面以下2道横撑。

文中分析了拱肋倾角、横撑形式和横撑刚度对桥梁动力性能的影响，得出结论:

拱肋内倾后，拱肋间的横撑长度减小，拱肋受横撑的约束增强，使主拱频率有所提高，特别是l阶扭转频率提高幅度达到33.2%；采用K撑能提高主拱的整体刚度，结构对应模态的振动频率也相应提高；增大横撑刚度也使对应模态的频率增大，例如横撑刚度为原来的2倍时，横弯频率增幅为17%～23%，扭转频率增幅为28%，竖弯频率增幅为5.8%～9%。

通过对中承式拱桥动力性能研究，得出桥梁结构的自振频率、振型特征和阻尼比等动力参数，所得结构的振动特征为桥梁抗震性能分析、车振分析和抗风稳定性分析。

3.2中承式拱桥抗展性能研究

目前，国内外学者对中承式拱桥在地震作用下的破坏机理、在一致激励和行波效应下的地震反应计算、结构抗震设计概念和抗震措施等方面作了一定的研究，取得了一定的科研成果。

文献[27]以某中承式钢管混凝土系杆拱桥为例，建立多个空间有限元计算模型，对结构进行自振特性计算分析，并用动态时程方法分析各地震参数对结构性能的影响程度。

通过分析得出结论：

第1阶和第2阶振型均为拱肋面外横向振动，第3阶为拱肋面内竖向振动，拱肋的横向刚度相对较小；减少横撑可以降低结构的面外横向刚度，对应的自振频率减小，但是结构面内自振频率减小程度不显著，主拱横撑每减少2根，结构基本振型的频率减少9%左右，主拱横撑对结构自振特性的影响较大；拱肋刚度每提高10%，结构的自振频率提高5%～10%，但是结构振型没有发生变化，拱肋刚度对结构基频的影响没有横撑大；当拱肋与桥面系刚接时桥面系被约束，结构的整体刚度大大加强，桥梁自振频率的增幅很大，不利于桥梁抗震，所以应对桥梁横向进行连接，放松纵向约束；当加入竖向地震波后，主拱上、下弦杆的轴力和弯矩都有不同程度的增加，竖向地震动对主拱拱顶附近的内力影响较弱，对拱脚内力影响较大，随着主拱位置的降低，结构受竖向地震动的影响越来越大；行波效应对结构内力影响很大，有时候比一致激励增大3～4倍，但在某些关键截面处有可能会减小；一般情况下波速越小，行波效应越明显，结构对应的内力和位移增大越多，但主拱横向位移不受波速影响，变化情况不明显。

文献[28]进行辽宁英那河水库坝下大桥的地震反应分析。

英那河大桥是一座中承式钢筋混凝土系杆拱桥，跨径组成为（42.24+64.17+42.24）m，拱轴线采用抛物线，主跨矢高12.47m，矢跨比1/5.15。

文中运用有限元程序ANSYS建立桥梁结构的有限元计算模型，对桥梁动力特性和地震时程反应进行分析，得出结论:

拱桥的基频为1.8572Hz，与其它大跨度钢筋混凝土相比频率较高，第1、3、5阶振型全是拱肋变形，拱肋变形在整个桥梁变形中占有重要地位；桥梁第1阶振型是拱肋横向面外弯曲，桥梁的横向刚度比竖向刚度弱:

在峰值为0.19的Northridge地震波作用下，拱顶处的位移最大，拱脚处的弯矩和剪力最大；位于上承段l/l2跨处拱肋截面尺寸缩小，使得桥梁的基频最大下降了10.9%，主拱肋的最大位移随截面的减小而增大；减小梁肋结合处的截面尺寸，桥梁基频降低，地震反应增大；减小跨中拱肋截面尺寸，桥梁基频变化很小，主拱拱肋的地震反应与原模型相比差别不大。

从上述文献综述可以看出，国内外学者对中、下承式拱桥的抗震性能己经进行了一定的科研研究，并取得了一定的成果，但是由于中、下承式拱桥建造时间较短，结构形式不断翻新，还未受过强震的考验，相对于其它类型的桥梁而言，其抗震性能研究仍然处于起步阶段，研究者们还没有得出统一的结论，对这种新型结构在地震作用下的破坏机理认识还相当有限。

因此，为了深入了解中承式拱桥的地震反应特性，进行合理的抗震设计，需要对它们作进一步的抗震研究。

4．研究目标、研究内容和拟解决的关键问题

研究目标：

建立结构仿真计算模型，在总结和归纳现有中承式拱桥抗震理论的基础上，研究和讨论中承式拱桥不同拱高的自振特性，得到拱桥在纵向、横向地震作用下的位移、内力最大响应值，为该类拱桥抗震设计和养护提供参考。

研究内容：

（1）根据中承式拱桥不同的拱高度，采用有限元程序MIDAS/Civil建立不同种桥梁空间有限元计算模型；

（2）开展中承式拱桥动力性能研究；

（3）开展中承式拱桥抗震动力时程分析。

拟解决的关键问题：

（1）计算分析不同拱高的中承式拱桥的自振特性，对比不同的震动特征，得出不同种中承式拱桥自振频率和振型的特点；

（2）计算不同拱高的中承式拱桥在不同地震波作用下的地震响应，并分析对比其抗震性能。

5.拟采取的研究方法、技术路线

在收集整理国内外已有的研究资料的基础上，参照******工程的设计和竣工文件，采用有限元程序MIDAS/Civil对桥梁进行仿真计算，用空间梁单元模拟拱肋、横梁和纵梁等构件，用板单元模拟桥面板，用只承受拉力的析架单元模拟吊杆，建立不同拱高的中承式拱桥的空间有限元计算模型，对其进行动力性能和地震响应计算。

6.预期的研究成果和创新点

（1）基于有限元理论，用大型有限元程序MIDAS/Civil建立了中承式拱桥体系的有限元模型，分析设置不同拱高的中承式拱桥的动力特性和地震响应，定性得出不同参数对抗震的影响。

（2）研究以往抗震性能分析的方法和形式与本课题探索的方法的区别和相似之处，并进行对比分析。

7．研究进度安排

2012.6——2012.10通过校图书馆网上资源库整理有关拱桥抗震性能的资料。

2012.11——2013.2熟悉ANSYS、MIDAS的使用方法，建立结构分析模型，书写计算分析研究报告。

2013.3——2013.6撰写毕业论文。

2013.6完成毕业论文，参加毕业答辩。

四、指导教师对选题报告的意见：

指导教师签名：

年月日

选题报告的时间及参加报告会的考核小组人员名单：

举行报告会时间：

地点：

参加人员：

组长：

职称：

（导师不能担任组长）

成员：

职称：

成员：

职称：

成员：

职称：

成员：

职称：

成员：

职称：

五、考核小组对选题报告的评语及对选题的意见：

选题报告考查成绩：

（记优、良、中、及格、不及格）

考核小组组长签名：

年月日

六、院（系）学位评定分委员会审查意见：

院（系）分委员会主席签字：

年月日

七、学院（系）备案时间：

年月日

教学秘书：