大跨度斜拉橋地震響應(yīng)分析

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1、大跨度斜拉橋地震響應(yīng)分析盛建軍羅媛媛廣東省公路建設(shè)有限公司廣東廣州510600摘要：建立三維橋梁計(jì)算模型，運(yùn)用大型計(jì)算軟件分別采用反應(yīng)譜法、時(shí)程分析法分析橋梁各關(guān)鍵部位的內(nèi)力、位移及了解掌握該類橋在地震響應(yīng)中的結(jié)構(gòu)特性和受力行為。關(guān)鍵詞：斜拉橋；地震響皮大跨徑斜拉橋作為高次超靜定柔性結(jié)構(gòu)，其地震響應(yīng)十分復(fù)雜，總表現(xiàn)出明顯的三維性和強(qiáng)烈的彎扭耦合特點(diǎn)，目前國內(nèi)外都是采用確定性方法和非確定性（或概率性）方法兩大類來進(jìn)行分析研究，木文以某斜拉橋?yàn)槔?，通過大型有限元程序ANSYS建立模型，算出該橋的結(jié)構(gòu)特性，采用反應(yīng)

2、譜法、時(shí)程分析法分析橋梁受力行為。1工程概況與模型建立該橋?yàn)殡p塔雙索面鋼箱梁斜拉橋，孔跨布置為（70.5+215.5+680+245.5+70.5）m（見圖1）,主橋長1282m,兩邊跨各設(shè)一個(gè)輔助墩。圖2結(jié)構(gòu)計(jì)算模型根據(jù)目前提倡的兩水平的抗震設(shè)計(jì)方法，木文選擇100年10%（100年超越概率水平10%,即P1概率）和100年2%（100年超越概率水平2%,即P2概率）兩個(gè)概率水準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)兩水平的抗震設(shè)計(jì)方法，國內(nèi)對橋梁抗震分析的一貫思路及文獻(xiàn)的建議，橋梁抗震分析時(shí)釆用P1概率水平進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，采用P2

3、概率水平進(jìn)行延性及位移驗(yàn)算，木文也按該原則進(jìn)行。計(jì)算工況為：工況一：縱向+豎向工況二：橫向+豎向利用有限元結(jié)構(gòu)分析程序ANSYS對該橋成橋狀態(tài)的動(dòng)力特性進(jìn)行分析計(jì)算。限于篇幅，本報(bào)告中僅列出該橋成橋狀態(tài)前10階自振頻率及相應(yīng)的振型的描述（見表1）;給出相應(yīng)的前4階振型圖（見附圖3?6）。表1模型前10階自振頻率及相應(yīng)的振型圖5第三階振型圖6第四階振型2結(jié)構(gòu)計(jì)算方法（1）反應(yīng)譜法在結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性分析的基礎(chǔ)上，對該橋進(jìn)行了地震反應(yīng)計(jì)算分析。參考曰本抗震規(guī)范規(guī)定，橋梁抗震分析中其無量綱振型參與系數(shù)的總和應(yīng)大于0.95

4、。另外,對大跨橋梁進(jìn)行地震反應(yīng)譜分析吋，高階振型的影響較大，經(jīng)計(jì)算，對于本橋參與計(jì)算的振型階數(shù)達(dá)240階吋才能滿足上述要求，結(jié)構(gòu)阻尼比取0.03。計(jì)算所用的反應(yīng)譜均為橋位處基巖的反應(yīng)譜。按反應(yīng)譜理論計(jì)算各質(zhì)點(diǎn)的地震力，并求解橋梁結(jié)構(gòu)的有限元方程，然后用SRSS方法進(jìn)行各振型計(jì)算結(jié)果的組合，求得總響應(yīng)。根據(jù)地質(zhì)勘探結(jié)果，工程場地可視為自由基巖場地，建筑場地類別為I類,為抗震有利地段。場地100年超越概率10%、2%的基巖水平峰值加速度為53、99伽，規(guī)準(zhǔn)后的反應(yīng)譜曲線見圖7?8,其表達(dá)式如下：圖10P2概率加速

5、度時(shí)程曲線3計(jì)算結(jié)果由于計(jì)算結(jié)果較多，限于篇幅,本文截面內(nèi)力分析選取主墩墩底，邊墩墩底、輔助墩墩底，位移分析選取主塔塔頂、跨中位移、梁端位移；計(jì)算結(jié)果匯總見表3?6表3工況一各截面內(nèi)力計(jì)算結(jié)果表明主塔墩墩底的最大地震內(nèi)力均遠(yuǎn)大于輔助墩、邊墩墩底的最大地震內(nèi)力，該橋地震力主要集中在中間塔墩上，邊墩、輔助墩承擔(dān)的地震力的比例較??；從兩種概率設(shè)防水平的計(jì)算結(jié)果中可以看出P2概率明顯比P1概率的結(jié)果大，這就表明在地震采用兩水平設(shè)防是有必要的，用P1概率進(jìn)行截面設(shè)計(jì)，P2概率進(jìn)行內(nèi)力、位移的驗(yàn)算與核對；結(jié)果還表明，采用

6、常規(guī)反應(yīng)譜法、時(shí)程分析法分析得到的結(jié)果基本一致。4結(jié)論及建議針對該橋抗震性能，通過反應(yīng)譜反析和時(shí)程反應(yīng)分析，可能得出如下結(jié)論與建議：1、從P1概率水平的內(nèi)力響應(yīng)結(jié)果可知，該橋的動(dòng)態(tài)吋程反應(yīng)分析所得的結(jié)果與反應(yīng)譜分析結(jié)果相差不大，因而計(jì)算結(jié)果是合理的，但從P2概率水平下的位移計(jì)算結(jié)果來看兩者個(gè)別響應(yīng)值有較大差距，這是由于反應(yīng)譜分析假定結(jié)構(gòu)是線彈性范圍內(nèi)工作而吋程反應(yīng)分析是考慮了非線性之故。2、由于動(dòng)態(tài)吋程反應(yīng)分析與反應(yīng)譜法對計(jì)算結(jié)果的組合方式不同，同吋動(dòng)態(tài)時(shí)程反應(yīng)分析考慮了非線性的影響，而反應(yīng)譜分析是基于線性的

7、，因而吋域和頻域計(jì)算結(jié)果間的差異是正常的。3、上述計(jì)算中，地震動(dòng)輸入分別沿二個(gè)水平軸和一個(gè)豎直軸進(jìn)行，并分別計(jì)算得相應(yīng)的最大值。在實(shí)際地震吋，地震方向一般不會(huì)恰好與橋軸重合(或垂直)，各方向的作用也不一定同時(shí)達(dá)最大值。即說明前面計(jì)算結(jié)果偏于安全。4、根據(jù)P1概率水準(zhǔn)地震響應(yīng)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行強(qiáng)度分析，在P1概率水平地震作用下結(jié)構(gòu)仍處于彈性狀態(tài)工作，經(jīng)對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行初步驗(yàn)算，該橋各典型截面強(qiáng)度能滿足要求。參考文獻(xiàn)：[1】中華人民共和國行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn).公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則(JTG/TB02-01-2008)[S].北

8、京:人民交通出版社，2008.[2】胡聿賢.地震工程學(xué).地震出版社，1988[3】范立礎(chǔ).橋梁抗震[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1997.[4]ANSYS,Inc.ANSYS動(dòng)力學(xué)分析指南[M].ANSYS公司成都辦事處，2000.[5】葉愛君，胡世德，范立礎(chǔ).斜拉橋抗震結(jié)構(gòu)體系研究[」].橋梁建設(shè)，2002,32(4)：l~4.YEAijun，HUShide,FANLichu.Researchon