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《大跨度斜拉橋地震響應(yīng)分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、鐵 道 建 筑2007年第5期RailwayEngineering23文章編號:100321995(2007)05200232043大跨度斜拉橋地震響應(yīng)分析1112曹永睿,鐘鐵毅,顧正偉,唐興國(11北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院,北京 100044;21中咨泰克交通工程有限公司,北京 100083)摘要:針對國外一座在建的大跨度斜拉橋,采用脊梁模型,基于大型通用有限元分析程序ANSYS建立了斜拉橋空間結(jié)構(gòu)動力分析模型,使用3條實際地震波對該橋在縱、橫向地震激勵下的響應(yīng)進行了計算分析,給出了主梁跨中和塔頂及塔底的內(nèi)力、位移的地震響應(yīng)規(guī)律,
2、取得了一些有價值的結(jié)果。關(guān)鍵詞:斜拉橋 時程分析法 地震反應(yīng) 有限元中圖分類號:U448107 文獻標(biāo)識碼:A鋼絲索。主橋布置示意圖見圖1。0 引言近年來在國內(nèi)外橋梁建設(shè)中,斜拉橋特別是大跨度斜拉橋所占的比重越來越大,斜拉橋的抗震性能也[1]得到了越來越多的關(guān)注和研究。目前,斜拉橋動力分析中對橋塔的分析一般采用空間梁單元,但是對橋面系的模擬卻形成了不同的計算模型,常用的有脊梁圖1 斜拉橋立面布置圖(單位:cm)[2][3][4]模式、Π式模式、三主梁式模型、空間梁板式模[5]型等模擬方式。本文綜合考慮已有的建模方法的優(yōu)2 動力計算模型缺
3、點,采用常用的脊梁模式建立了該斜拉橋的有限元空間動力計算分析模型,在考慮幾何非線性的情況下,本文采用大型通用有限元程序ANSYS建立了全對該斜拉橋的地震響應(yīng)規(guī)律進行了動態(tài)時程響應(yīng)分橋空間有限元分析模型。建模時采用了目前斜拉橋計析,從中得出一些有價值的結(jié)論。算中常用的脊梁模式,把橋面系的剛度(豎向、橫向的撓曲剛度,扭轉(zhuǎn)剛度)和質(zhì)量(平動質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量)都1 工程概況集中在主梁中間節(jié)點上,節(jié)點和斜拉索之間采用剛臂該斜拉橋為三跨全飄浮體系(192m+434m+192連接。主塔、主梁和剛臂都采用三維梁單元BEAM4模m),雙塔雙索面疊合梁斜拉橋
4、。大橋設(shè)計安全等級為擬,斜拉索采用空間索單元LINK10模擬,依據(jù)Ernst公一級,橋梁設(shè)計基準(zhǔn)期為100年,設(shè)計車速為80kmPh,式計算等效彈性模量,考慮索垂度引起的非線性影響。橋面全寬為30m,最大縱坡為1%,橫向設(shè)置2%的橫邊界條件處理為將橋塔在承臺頂固接,施加全自坡度。上部結(jié)構(gòu)為兩個鋼箱梁和混凝土橋面板組成的由度約束;主梁兩端施加豎向約束,模擬梁端豎向支疊合梁。橋面板厚0125m,主梁為兩分離高218m、寬座。橋塔與主梁連接處,耦合塔、梁重合節(jié)點橫向自由213m的鋼箱梁,鋼箱梁之間,每4m設(shè)置一道橫隔梁,度,模擬橫向抗震支座。
5、橫隔梁間設(shè)置兩道小縱梁,端橫梁處設(shè)置鑄鐵壓重,每全橋有限元模型共劃分BEAM4梁單元358個,側(cè)重16044kN。索塔為門形塔,鉆孔樁高樁承臺基LINK10索單元140個,節(jié)點357個。各單元的幾何截礎(chǔ),塔高1411331m。塔柱設(shè)置三道橫梁,塔柱均為空面特性依據(jù)實際構(gòu)件截面尺寸而定。三維有限元動力心薄壁結(jié)構(gòu)。下塔柱高241241m,變截面單箱單室,下計算模型見圖2。大上小,中塔柱高54109m,上塔柱高59m,均為等截3 結(jié)構(gòu)動力特性分析面箱形斷面,三道橫梁亦為箱形截面,上、中橫梁高4m,下橫梁高6m。全橋共140根斜拉索,采用半平行
6、結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)取決于外部條件的干擾和結(jié)構(gòu)自身的動力特性,本文采用ANSYS程序中的Block3北京市重點學(xué)科建設(shè)(防災(zāi)減災(zāi)及防護工程)資助項目Lanczos法對斜拉橋進行模態(tài)分析,求解其動力特性。24鐵 道 建 筑May,2007共計算了前300階自振模態(tài)。前20階模態(tài)頻率及振型特征見表1,其中第1階振型為縱飄,側(cè)彎首次出現(xiàn)在第2階振型,豎彎首次出現(xiàn)在第4階振型,扭轉(zhuǎn)首次出現(xiàn)在第18階振型。圖2 斜拉橋動力計算模型由表1可以看出該斜拉橋動力特性有以下特點:表1 斜拉橋自振頻率及振型特性Hz振型序號頻率振 型振型序號頻率振 型101104
7、3縱飄,塔同向縱彎100168952階對稱側(cè)彎,塔同向側(cè)彎20119481階對稱側(cè)彎110176153階對稱豎彎,塔反向縱彎30126261階反對稱側(cè)彎120191274階反對稱豎彎,塔同向縱彎40127231階對稱豎彎,塔反向縱彎131102634階對稱豎彎,塔反向縱彎50136842階反對稱豎彎,塔同向縱彎141105835階反對稱豎彎,塔同向豎彎60149572階對稱側(cè)彎,塔同向側(cè)彎151113785階對稱豎彎,塔反向豎彎70159742階對稱豎彎,塔反向縱彎161128522階反對稱側(cè)彎,塔反向側(cè)彎8016728塔反向側(cè)彎171
8、130645階反對稱豎彎,塔同向豎彎90167373階反對稱豎彎,塔同向縱彎181132681階對稱扭轉(zhuǎn),塔同向扭轉(zhuǎn)1)大跨度斜拉橋的柔度比較大,自振周期長,固有采用ANSYS程序中的瞬態(tài)動力學(xué)分析Full
