斜拉索在地震作用下的受迫振動

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1、案例分析斜拉索在地震作用下的受迫振動解斌（淄博通達(dá)公路工程有限公司，山東淄博255400）摘要：本章以某大橋?yàn)楣こ瘫尘?，首先通過橋梁專業(yè)有限元軟件Midas建模，采用振型疊加法對某大橋做全橋的在地震作用下的線性的時程分析，從而得到斜拉索錨固點(diǎn)的加速度時程。然后利用Ansys建立斜拉索的有限元模型，對斜拉索做在錨固點(diǎn)的加速度作用下的線性和非線性局部的時程分析，從而得到斜拉索在地震作用下的線性和非線性動力響應(yīng)，并加以比較，得出結(jié)論。關(guān)鍵詞：有限元軟件；地震作用；受迫振動中圖分類號：TU323.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1674—3024（2

2、014）4—86—03該小于結(jié)構(gòu)模型自振周期的1/10，當(dāng)取為自振周期的1/50時，前言就可以忽略計(jì)算結(jié)果的誤差。本文時間步長Δt取為0.02s，本章對該斜拉橋拉索進(jìn)行局部非線性動力分析，主要研共計(jì)算1250步；同時本文取橋梁結(jié)構(gòu)的阻尼比為0.03；不究該斜拉索在地震荷載下的位移和應(yīng)力變化情況，分析地震考慮樁和土之間的相互作用。這里主要研究該橋梁在一致激對斜拉索的影響。目前對斜拉索在地震作用下的非線性動力勵下的地震動力響應(yīng)。響應(yīng)的研究還非常少，因此對其做動力分析非常有必要，這3.2斜拉索錨固點(diǎn)加速度時程提取是本文所研究的重要部分。利用M

3、IDAS對該橋進(jìn)行整體一致激勵地震時程分析，再利用ANSYS對斜拉索進(jìn)行模擬，做進(jìn)一步的局部動力分析，1工程概況研究斜拉索在地震荷載下的應(yīng)力和位移變化，對該橋斜拉索某大橋全橋長10.137km，主橋的總寬度為55.6m，雙向的抗震性能做出合理的判斷。對斜拉索進(jìn)行動力分析時需要八車道，設(shè)計(jì)行車速度100km/h，設(shè)計(jì)荷載為公路I級，設(shè)在前面整體分析的基礎(chǔ)上提取斜拉索的錨固點(diǎn)加速度時程，計(jì)基準(zhǔn)期為100年，地震基本烈度VI度。全橋共布有576提取加速度時程的各節(jié)點(diǎn)分別為1551（左側(cè)節(jié)點(diǎn)）、1479根斜拉索，其采用低松弛鍍鋅高強(qiáng)鋼絲。（右側(cè)

4、節(jié)點(diǎn)）。由于斜拉索柔度比較小，在地震作用下會產(chǎn)生比較大的3.3非線性動力方程的數(shù)值解法變形，尤其是在強(qiáng)震作用下，會產(chǎn)生很大變形，對其做多點(diǎn)（1）非線性動力分析的增量列式激勵時程分析要考慮幾何非線性。非線性動力分析一般采用增量列式，其主要理論如下：只考慮幾何非線性，取t和t+h（h為時間步長）時刻所2全橋有限元模型簡介確定的動力平衡關(guān)系式之差，就得出增量平衡方程：在對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震反應(yīng)分析時，結(jié)構(gòu)有限元模型建（1-1）立的合理與否，直接關(guān)系到分析結(jié)果的真實(shí)性。本文對某大橋進(jìn)行在地震作用下的一致激勵分析，采用有限元分析軟件為質(zhì)量矩陣，、、

5、、分別為加Midas進(jìn)行模擬計(jì)算，按空間桿系結(jié)構(gòu)做有限元分析。全橋速度向量增量、速度向量增量、位移向量增量和荷載向量增共有3354個單元，4120個節(jié)點(diǎn)，其中梁單元2778，索單元量，為阻尼矩陣，為切線剛度矩陣。576個。計(jì)算不考慮混凝土收縮、徐變的影響。增量運(yùn)動方程組（1-1）的逐步解法是由規(guī)定位移、速3全橋時程分析度和加速度中一個簡單的關(guān)系來公式化的，在一個短的時間步h內(nèi)，可以假定這種關(guān)系是合理的；由此能用加速度的變3.1地震波輸入化來表達(dá)速度和位移增量的變化，或者用位移增量表達(dá)速度橋梁結(jié)構(gòu)動力分析的地震動輸入通常是采用地震地面或加

6、速度的變化；通過假定加速度向量隨時間變化方式就能運(yùn)動。地震動非常復(fù)雜，其輸入問題是進(jìn)行結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分夠方便地建立起位移、速度和加速度之間的關(guān)系式；假設(shè)加析的前提和基礎(chǔ)，這也是工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié)，速度在時間步持續(xù)時間內(nèi)為線性的，對應(yīng)的速度和位移是對地震波選取的合理與否直接影響著結(jié)構(gòu)地震時程反應(yīng)結(jié)果此加速度在步長時間內(nèi)逐次積分獲得的：的準(zhǔn)確性，動態(tài)時程法一般是采用加速度時程輸入。（1-2）目前對結(jié)構(gòu)進(jìn)行時程分析時選用的地震波，應(yīng)用較多的是選擇典型的過去強(qiáng)震記錄。本文主要研究斜拉索在地震作（1-3）用下的響應(yīng)，橋梁場址地震烈度可取高

7、一些，分別按8度和9度抗震設(shè)計(jì)要求進(jìn)行抗震設(shè)防，通過對現(xiàn)有的強(qiáng)震記錄進(jìn)、分別為步長起始點(diǎn)t時刻的速度向量和加速行比較，沿橋梁縱向選用南北向的地震波，沿橋梁度向量，即初始速度和初始加速度。橫向選用東西向的地震波，沿橋梁豎向選用豎向聯(lián)立式（1-1）、（1-2）和（1-3），把隱式列式轉(zhuǎn)換的地震波。為顯式形式，得到等效靜力平衡方程：本文地震持時取為25s。在時程分析計(jì)算中，時間步的（1-4）選取與結(jié)構(gòu)自振頻率息息相關(guān)。研究表明，時間步距一般應(yīng)86建筑建材裝飾2014年第4期案例分析其中等效剛度為：部節(jié)點(diǎn)對地面支座節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量貢獻(xiàn)，對于集中質(zhì)量矩

8、陣，=0。（1-5）大質(zhì)量法是是將一個質(zhì)量很大的集中質(zhì)量（取結(jié)構(gòu)等效荷載增量為：總重的105～108倍）附著于結(jié)構(gòu)地震激勵處，然后把地震激勵方向的自由度釋放，并在大質(zhì)量上施加與荷載等（1-6）價的地震加速度