靜力彈塑性分析方法在橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用探討

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1、2008年9月第9期城市道橋與防洪橋梁結(jié)構(gòu)27靜力彈塑性分析方法在橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用探討冷鑫,尹建坤(蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院,甘肅蘭州730070)摘要:靜力彈塑性分析方法由于其簡明實(shí)用的特點(diǎn),已經(jīng)成為近年來評估地震作用下建筑結(jié)構(gòu)非線性反應(yīng)的普遍方法。它的優(yōu)點(diǎn)是比非線性動(dòng)力時(shí)程分析方法計(jì)算量小,便于工程應(yīng)用。該文將靜力彈塑性分析方法的應(yīng)用范圍擴(kuò)展到橋梁結(jié)構(gòu),使用均勻分布和振型荷載疊加,兩種水平荷載分布方式,計(jì)算了一座實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)的非線性反應(yīng),并與時(shí)程分析的結(jié)果進(jìn)行比較。結(jié)果表明對一階振型在反應(yīng)中起主要作用的一般的橋梁結(jié)構(gòu),該方法能得到較好的結(jié)果。關(guān)鍵詞:靜力彈

2、塑性分析;橋梁結(jié)構(gòu);非線性反應(yīng)中圖分類號:442.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1009-7716(2008)09-0027-03但目前國內(nèi)該方法的研究范圍主要關(guān)注的是0引言建筑結(jié)構(gòu),在對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí),與建筑結(jié)構(gòu)[1]靜力彈塑性分析方法(pushoveranalysis)是相比,存在一定的差別。首先,與建筑結(jié)構(gòu)的樓板一種計(jì)算在塑性范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)反應(yīng)、確定結(jié)構(gòu)薄弱在平面內(nèi)假設(shè)為剛性相反,橋梁結(jié)構(gòu)的上部結(jié)構(gòu)部位以及失效機(jī)制的被廣泛使用的工具。它與被一般為柔性的;其次,橋梁結(jié)構(gòu)的支撐單元(橋普遍接受的非線性動(dòng)力時(shí)程分析方法(time-墩)位于同一平面內(nèi),而建筑結(jié)構(gòu)的支

3、撐單元[2]historyanalysis)相比,具有計(jì)算簡單,效率高的優(yōu)(柱)是空間分布的,這樣的支撐單元分布,與柔點(diǎn),且更容易被廣大工程設(shè)計(jì)人員所接受。然而到性的上部結(jié)構(gòu)的組合,使橋梁結(jié)構(gòu)在橫橋向與建目前為止,國內(nèi)對靜力彈塑性分析方法的研究工筑結(jié)構(gòu)的變形存在很大的不同;第三,對于橋梁結(jié)作主要關(guān)注的是建筑結(jié)構(gòu),而對于橋梁結(jié)構(gòu)所進(jìn)構(gòu),還需要考慮繪制力—位移曲線的監(jiān)測點(diǎn)的選行的研究是非常有限的。由于靜力彈塑性分析方取位置,不同的監(jiān)測點(diǎn)位置將對繪制出的推覆曲法的優(yōu)點(diǎn),將其應(yīng)用范圍擴(kuò)展到橋梁結(jié)構(gòu)是非常線的形狀產(chǎn)生很大影響。必要的。許多研究都表明,對于一階振型在反應(yīng)考

4、慮到與建筑結(jié)構(gòu)存在的不同,對橋梁結(jié)構(gòu)中起主要作用的結(jié)構(gòu),標(biāo)準(zhǔn)的靜力彈塑性分析方建議的靜力彈塑性分析方法的具體步驟如下:法與非線性動(dòng)力時(shí)程分析方法所得到的結(jié)果很(1)建立所研究橋梁結(jié)構(gòu)的有限元模型,進(jìn)行[1]接近。本文介紹了對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力彈塑性初步分析得到結(jié)構(gòu)周期Tn和振型Φn。分析的原理及具體的實(shí)施步驟,并用上述兩種分(2)確定結(jié)構(gòu)的失效標(biāo)準(zhǔn)。析方法對一座實(shí)際的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性結(jié)構(gòu)響(3)確定進(jìn)行靜力彈塑性分析時(shí)水平荷載的應(yīng)分析,比較所得到的結(jié)果以說明靜力彈塑性分分布方式。本文采用了均勻分布和由FEMA-356析方法對橋梁結(jié)構(gòu)的適用性和發(fā)展?jié)摿?。所推薦的

5、荷載分布,即作用在各節(jié)點(diǎn)上的力按所考慮的適當(dāng)振型數(shù)量,對各階振型荷載用平方和1基本原理與計(jì)算步驟后取平方根(SRSS)方法進(jìn)行疊加,以得到水平荷靜力彈塑性分析方法是一種擬動(dòng)力分析方載的分布方式。法,它是在結(jié)構(gòu)上施加豎向荷載并保持不變,同時(shí)(4)選擇繪制pushover曲線的監(jiān)測點(diǎn)。建筑結(jié)施加某種分布的水平荷載。該水平荷載單調(diào)增加,構(gòu)的監(jiān)測點(diǎn)一般選在結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn),對于橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件逐步屈服,從而得到結(jié)構(gòu)在橫向靜力作用下可以選在距橋梁側(cè)移最大點(diǎn)最近的橋墩的墩頂。的彈塑性性能。其中,水平荷載的分布方式包括:(5)按照確定的水平荷載分布方式對橋梁結(jié)均勻分布、倒三角分布和基

6、于振型向量的分布等。構(gòu)進(jìn)行靜力彈塑性分析,直至結(jié)構(gòu)達(dá)到預(yù)定的失這種分析方法主要用于檢驗(yàn)新設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和評估效標(biāo)準(zhǔn),繪制監(jiān)測點(diǎn)的力—位移曲線。在用結(jié)構(gòu)的性能是否滿足不同水平地震作用下的(6)將力—位移曲線理想化為雙折線。理想化設(shè)計(jì)性能目標(biāo)。為雙折線的方法很多,建議使用等能量原理,即理想化的雙折線與實(shí)際能力曲線所包圍的面積近似收稿日期:2008-06-04相等進(jìn)行簡化。作者簡介:冷鑫(1983-),男,遼寧北票人,碩士研究生,研究方向?yàn)榉罏?zāi)減災(zāi)及防護(hù)工程。(7)將理想化的雙折線按公式轉(zhuǎn)換為能力譜28橋梁結(jié)構(gòu)城市道橋與防洪2008年9月第9期曲線,并由相應(yīng)的抗震設(shè)防烈

7、度和場地土條件等,為2450kN。立面計(jì)算簡圖如圖1所示。按規(guī)范確定對應(yīng)的需求譜曲線。本文采用ATC-40推薦的能力譜法定義在給定地震烈度下的目標(biāo)位移,將pushover曲線的基底剪力和相應(yīng)的監(jiān)測點(diǎn)位移按公式轉(zhuǎn)化為等效單自由度體系的譜加速度(Sa)和譜位移(Sd)。公式如下:Sa=Vbn(1)*MnSd=urn(2)ΓnΦrn*其中,Φrn是Φn在監(jiān)測點(diǎn)的值;Mn=LnΓn是等T效振型質(zhì)量;Ln=Φnml,振型參與系數(shù);Γn=Ln/Mn;TMn=ΦnmΦn,是n階振型的振型質(zhì)量。(8)將需求譜和能力譜的交點(diǎn)所對應(yīng)的譜位圖1橋墩立面計(jì)算簡圖移按公式(2)求得橋梁

8、結(jié)構(gòu)的位移urn,與預(yù)定的2.2計(jì)算與