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第1章 绪论1

1.1 概述1

1.2 钢管混凝土的特性2

1.2.1 钢管混凝土拱桥的优势2

1.2.2 钢管混凝土拱桥有待进一步研究和解决的问题3

1.3 钢管混凝土拱桥拱肋的施工方法3

1.4 钢管混凝土拱桥动力性能研究现状4

1.4.1 钢管混凝土构件动力性能研究4

1.4.2 钢管混凝土拱桥抗震性能研究5

1.4.3 抗震试验研究6

1.4.4 动力分析模型的建立和求解方法7

1.5 大跨度桥梁的地震反应分析现状7

1.6 地基-基础-结构动力相互作用研究现状8

1.6.1 子结构法10

1.6.2 直接法10

1.6.3 大跨度钢管混凝土拱桥地基-基础-结构的相互作用12

1.7 桥梁抗震性能设计现状12

1.7.1 桥梁抗震设防类别12

1.7.2 容许强度和变形指标13

1.7.3 大跨径拱桥的抗震设计13

1.8 桥梁结构抗震能力评估现状13

1.8.1 桥梁结构抗震评估方法研究14

1.8.2 基于性能的抗震能力评估方法15

1.8.3 结构抗震能力评估指标研究18

1.8.4 钢管混凝土拱桥抗震性能评估方法的研究19

1.9 桥梁结构地震破坏评估方法研究19

参考文献20

第2章 大跨度钢管混凝土拱桥的地震反应分析27

2.1 时程分析法27

2.1.1 时程分析法基本概念27

2.1.2 时程分析法的主要步骤27

2.1.3 地震波的选取与调整28

2.1.4 地震反应方程求解方法29

2.2 随机振动理论31

2.2.1 随机过程31

2.2.2 地面加速度功率谱密度函数模型31

2.2.3 地震地面运动空间变化效应32

2.2.4 地震动随机模型参数的取值33

2.3 地震地面运动行波和部分相干效应的模拟39

2.3.1 大质量法的原理39

2.3.2 大质量法的特点40

2.3.3 大质量法在钢管混凝土拱桥中的应用40

2.4 人工地震波生成程序的编制41

2.4.1 程序内容41

2.4.2 理论依据41

2.4.3 程序实现方法42

2.4.4 实例43

2.5 小结43

参考文献44

第3章 钢管混凝土的非线性性能46

3.1 引言46

3.2 钢管混凝土的材料非线性46

3.2.1 弹塑性本构关系——增量理论46

3.2.2 增量弹塑性关系的表达式48

3.2.3 核心混凝土非线性模型49

3.2.4 钢管的材料非线性模型52

3.2.5 程序编制54

3.3 空间梁单元的几何非线性55

3.3.1 Lagrangian描述55

3.3.2 空间梁单元非线性刚度矩阵56

3.4 小结61

参考文献61

第4章 钢管混凝土非线性恢复性能研究62

4.1 循环反复荷载作用下钢管混凝土构件性能62

4.1.1 基本概念62

4.1.2 钢管混凝土构件的滞回曲线63

4.2 弹塑性恢复力曲线主要特点63

4.3 钢管混凝土构件恢复力分析有限元模型63

4.3.1 用矩形薄板单元模拟钢管63

4.3.2 用空间8结点六面体等参单元模拟钢管核心混凝土66

4.4 钢管混凝土截面的弯矩-曲率（M-φ）关系68

4.5 钢管混凝土截面的水平力-位移（P-△）关系70

4.6 恢复力滞回性能分析专用模块的二次开发70

4.6.1 专用模块的二次开发71

4.6.2 钢管混凝土构件分析模型的建立72

4.7 算例72

4.7.1 算例1：弯矩—曲率恢复力滞回曲线分析73

4.7.2 算例2：水平力—位移恢复力滞回曲线分析73

4.8 小结74

参考文献74

第5章 地基-基础-结构动力相互作用76

5.1 概述76

5.2 有限元法76

5.3 子结构-有限元法77

5.4 无限元-有限元法77

5.4.1 映射无限元的基本原理78

5.4.2 空间映射无限元79

5.4.3 空间映射无限元的特性分析80

5.4.4 空间映射无限元程序的编制83

5.5 基于Abaqus的二次开发-建立无限元-有限元模型83

5.5.1 用户单元84

5.5.2 定义单元的用户子程序88

5.6 算例92

5.7 结论94

参考文献94

第6章 工程实例——桂林石家渡漓江大桥96

6.1 工程概况96

6.2 实桥试验97

6.2.1 试验方法97

6.2.2 试验工况98

6.3 分析模型99

6.3.1 拱脚固定法-不考虑地基-基础-结构的相互作用100

6.3.2 有限元法考虑地基-基础-结构的相互作用100

6.3.3 子结构-有限元法考虑地基-基础-结构的相互作用100

6.3.4 无限元-有限元法考虑地基-基础-结构的相互作用101

6.4 动力特性分析103

6.5 拱肋等效单轴应力应变曲线分析模型104

6.6 人工地震波的生成105

6.7 动态时程地震反应分析106

6.7.1 模型1107

6.7.2 模型2109

6.7.3 模型3111

6.7.4 模型4112

6.7.5 模型的分析结果比较113

6.8 小结114

参考文献115

第7章 工程实例——南宁永和大桥116

7.1 工程概况116

7.2 分析模型116

7.2.1 材料117

7.2.2 等效单轴应力应变曲线分析模型117

7.2.3 采用的考虑地基-基础-结构的相互作用模型119

7.3 动力特性分析122

7.4 人工地震波的生成123

7.5 三维地震动作用地震反应分析124

7.5.1 一致激励125

7.5.2 非一致激励131

7.6 小结136

参考文献136

第8章 钢管混凝土拱桥极限承载能力及延性比137

8.1 概述137

8.2 钢管混凝土拱桥各部件的极限承载力及极限变形137

8.2.1 拱肋弦杆137

8.2.2 拱肋腹杆139

8.2.3 拱肋横向联系140

8.2.4 拱肋吊杆141

8.2.5 拱肋吊杆横梁141

8.2.6 桥面纵梁144

8.3 钢管混凝土拱桥各部分的延性比145

8.4 小结147

参考文献147

第9章 钢管混凝土拱桥抗震能力评估149

9.1 概述149

9.2 钢管混凝土拱桥基于强度与延性的抗震能力评估方法149

9.2.1 基于强度与延性的抗震能力评估方法的基本假定149

9.2.2 钢管混凝土拱桥抗震能力评估基本原理149

9.2.3 大跨度钢管混凝土拱桥地震作用分析150

9.3 钢管混凝土拱桥屈服的抗震能力Ac150

9.3.1 拱肋弦杆加速度系数151

9.3.2 拱肋腹杆加速度系数151

9.3.3 拱肋横向联系加速度系数152

9.3.4 吊杆加速度系数152

9.3.5 吊杆横梁和桥面纵梁加速度系数152

9.3.6 各部件的延性容量153

9.3.7 地震作用折减系数154

9.3.8 各部件的屈服地面运动加速度及抗震能力155

9.4 钢管混凝土拱桥抗震能力评估流程155

9.5 算例156

9.5.1 概述156

9.5.2 拱肋和横联截面力学特性157

9.5.3 结构计算158

9.5.4 计算结果159

9.6 小结162

参考文献163

第10章 钢管混凝土拱桥地震破坏模型164

10.1 概述164

10.2 钢管混凝土拱桥构件的破坏状态164

10.3 钢管混凝土拱桥破坏准则与破坏模型165

10.3.1 破坏准则165

10.3.2 钢管混凝土拱桥的破坏准则166

10.3.3 钢管混凝土拱桥的破坏评估模型166

10.3.4 钢管混凝土拱桥的整体评估模型168

10.4 钢管混凝土拱桥地震破坏的性能目标和破坏评估169

10.5 小结169

参考文献170

第11章 基于模糊理论的地震破坏评估模型171

11.1 概述171

11.2 模糊综合评价的数学模型171

11.3 确定地震破坏综合评估隶属函数的方法173

11.3.1 确定隶属函数的原则173

11.3.2 模糊分布173

11.4 多级模糊综合评价177

11.5 钢管混凝土拱桥地震破坏模糊理论综合评估179

11.5.1 建立因素集179

11.5.2 建立权重集179

11.5.3 建立备选集180

11.5.4 模糊综合评判180

11.5.5 评判指标的处理181

11.6 小结181

参考文献182

第12章 永和大桥抗震能力及破坏评估183

12.1 概况183

12.2 计算模型183

12.3 结构特点184

12.3.1 结构尺寸184

12.3.2 材料特性184

12.3.3 钢管混凝土拱桥各部分力学指标185

12.4 抗震能力评估186

12.5 地震损伤破坏评估187

12.5.1 非线性地震反应分析187

12.5.2 地震损伤破坏评估187

12.6 基于模糊理论和层次分析法的地震损伤破坏评估189

12.6.1 地震破坏模糊评估模型的建立189

12.6.2 地震破坏模糊评估190

12.7 小结192

参考文献192

第13章 桥梁在强震作用下损伤破坏倒塌机理193

13.1 概述193

13.2 桥梁倒塌仿真分析理论基础194

13.2.1 基于中心差分法的显式积分及稳定条件194

13.2.2 时间步长控制195

13.2.3 显式动力单元特性及要点196

13.3 材料模型196

13.4 接触-碰撞及其算法197

13.4.1 接触-碰撞参数197

13.4.2 接触-碰撞197

13.4.3 接触-碰撞摩擦系数198

13.4.4 接触-碰撞算法198

13.5 钢管混凝土拱桥在强震作用下损伤破坏和倒塌机理200

13.5.1 概述200

13.5.2 计算模型200

13.5.3 材料模型201

13.5.4 倒塌破坏准则202

13.5.5 有关控制203

13.5.6 地震反应分析203

13.5.7 结果分析204

13.6 小结205

参考文献205

第14章 岩溶地区地震动场的建模与预测206

14.1 岩溶区地震对桥梁结构的破坏206

14.1.1 桥梁震害及其原因206

14.1.2 岩溶区地震的桥梁震害207

14.2 岩溶区地震烈度衰减关系建立207

14.2.1 地震烈度资料的选取与处理208

14.2.2 地震烈度衰减模型建立与计算结果210

14.2.3 地震烈度衰减关系的对比211

14.3 岩溶地基—基础—结构相互作用分析212

14.3.1 分析模型213

14.3.2 有无溶洞时位移时程对比分析213

14.3.3 有无溶洞时加速度时程对比分析214

14.3.4 有无溶洞两种工况下拱桥内力最值对比分析215

14.4 岩溶区桥梁抗震及防震技术与措施216

14.5 小结218

参考文献218