大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋的動(dòng)力特性和地震反應(yīng)分析.pdf

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1、器橋梁工程81idgeEngineering大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋的動(dòng)力特性和地震反應(yīng)分析唐小方1．馬鳳杰2(1．廣東白云學(xué)院，廣東廣州510450；2．廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，廣西南寧530011)摘要：以某大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋?yàn)楣こ瘫尘埃⒂邢拊獎(jiǎng)恿Ψ治瞿Ｐ?，?duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性進(jìn)行了計(jì)算，并就樁一土一結(jié)構(gòu)的相互作用對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行了對(duì)比分析；根據(jù)設(shè)計(jì)反應(yīng)譜合成了地震動(dòng)加速度時(shí)程，采用反應(yīng)譜法和線性時(shí)程法對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行了地震反應(yīng)分析．研究了在縱向、橫向和豎向地震動(dòng)作用下結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)特點(diǎn)，為該類結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)提供相應(yīng)參考。關(guān)鍵詞：剛構(gòu)橋；動(dòng)力特性；地震反應(yīng)；反應(yīng)譜；時(shí)程分析中圖

2、分類號(hào)：U448．23文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B文章編號(hào)：1009—7767(2013)04—0076—05AnalysisonDynamicCharacteristicandSeismicResponseofLong-spanContinuousRigidFrameBridgeTangXiaofang，MaFengjie大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋具有受力明確合理、跨越能力強(qiáng)、外觀優(yōu)美等優(yōu)點(diǎn)，伴隨著我國(guó)交通事業(yè)的發(fā)展，已成為廣泛應(yīng)用的橋梁結(jié)構(gòu)形式。近年來(lái)，我國(guó)地震頻發(fā)，作為生命線T程的橋梁結(jié)構(gòu)如在地震作用力下發(fā)生破壞。將導(dǎo)致嚴(yán)重的次生災(zāi)害．危害人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全。因此．對(duì)大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋的動(dòng)力特性和地震反應(yīng)特

3、點(diǎn)進(jìn)行分析研究。探討其在地震作用下的薄弱環(huán)節(jié)，為建立合理的抗震結(jié)構(gòu)體系提供科學(xué)依據(jù)，這些都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義【l-2I。筆者結(jié)合某主跨200m的連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計(jì)實(shí)例，建立起空間有限元?jiǎng)恿τ?jì)算模型，對(duì)該結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性進(jìn)行了計(jì)算，采用反應(yīng)譜法和線性時(shí)程方法對(duì)其在各向地震動(dòng)作用下的結(jié)構(gòu)反應(yīng)特點(diǎn)進(jìn)行了分析研究，以期為類似工程提供相應(yīng)參考。1工程概況某大跨度橋梁為3跨預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)剛構(gòu)體系．跨徑布置為106m+200m+106ITI，采用單箱單室截面，箱梁寬9．5ITI，翼緣板懸臂4．2Ill，全寬17．9m。箱梁高度按1．7次拋物線變化，根部高13．2Ill，端部及跨中高3．6m：箱梁底板厚度按

4、1．6次拋物線變化，根部厚1．3m，跨中厚0．35m，箱梁頂板厚0．28in，腹板厚度在0．6～0．7in之間。全橋在端支座和雙肢薄壁墩處共設(shè)6道橫隔板．另在中跨跨中截面附近設(shè)置加勁橫隔板．以增加箱梁的整體受力性能。橋梁主墩76啼葒故木2013No．4(Jul．)V01．31為鋼筋混凝土雙薄壁墩，墩寬9．5ITI，薄壁厚度為2In，主墩采用承臺(tái)配4排共12根樁徑2．5In的鉆孔灌注樁。大橋的總體布置見(jiàn)圖1。，412圖1橋梁總體布置圖(n1)2計(jì)算模型與地震輸入采用大型有限元程序建立連續(xù)剛構(gòu)橋的動(dòng)力計(jì)算模型(見(jiàn)圖2)。模型中主梁、薄壁墩和樁基礎(chǔ)均采用空間梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬．承臺(tái)采用質(zhì)量單元。共劃分單

5、元340個(gè)，主梁變截面線形根據(jù)每個(gè)截面的形心軸確定。模型邊界條件為邊跨端支座豎向約束，主墩底嵌固，墩梁固結(jié)處采用剛性連接．承臺(tái)中心與墩底以及樁頂采用剛臂連接【3】。考慮樁一土一結(jié)構(gòu)的相互作用時(shí)，采用土彈簧單元模擬土的剛度【41，其剛度值采用“m法”計(jì)算得到。模型中結(jié)構(gòu)的參數(shù)取值為：箱梁混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C55，彈性模量E=3．55×104MPa．密度25kN／m3：主墩及樁基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40，彈性模量E=3．25×l04MPa，密度25kN／m3；重力加速度g=9．81m／s2。圖2動(dòng)力計(jì)算模型橋梁工程器Bridge霪羹9}ne霉魏羹雪一．一甍3動(dòng)力特性對(duì)上述模型采用子空間迭代法計(jì)算得到

6、連續(xù)剛構(gòu)橋的動(dòng)力特性，表l給出了前10階的頻率、周期和振型特征，圖5則為前4階的振型圖。采用反應(yīng)譜法和線性時(shí)程法對(duì)該橋進(jìn)行地震反應(yīng)分析。根據(jù)JTG／TB02—01—2008((公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》確定地震反應(yīng)譜岬】，該連續(xù)剛構(gòu)橋位于基本烈度6度區(qū)，按7度設(shè)防，Ⅱ類場(chǎng)地，結(jié)構(gòu)重要系數(shù)取為1．7，場(chǎng)地系數(shù)取為1．0．阻尼比0．05。以設(shè)計(jì)反應(yīng)譜為目標(biāo)譜，采用三角級(jí)數(shù)法合成與其兼容的加速度時(shí)程．相位角為隨機(jī)相位角。設(shè)計(jì)反應(yīng)譜曲線和合成反應(yīng)譜曲線見(jiàn)圖3，可見(jiàn)二者較為吻合。水平合成加速度時(shí)程見(jiàn)圖4，豎向加速度反應(yīng)譜與水平加速度反應(yīng)譜的形狀一致．豎向加速度反應(yīng)譜的峰值為水平加速度反應(yīng)譜峰值的2／3。00

7、590．0091·0，、0．5迦三趣o·o惻量一0．5—1O23456周期／s反應(yīng)譜曲線lO15時(shí)間，s圖4水平合成加速度時(shí)程曲線表1橋梁前10階自振頻率和振型特點(diǎn)注：SSI表示樁一土一結(jié)構(gòu)相互作用．a(chǎn))第l階振型(0．476Hz)b)第2階振型(0．685Hzd)第4階振型(1．059Hz)圖5連續(xù)剛構(gòu)橋振型圖(考慮SSI)Z013-年4期(7一)第31拳4葒故術(shù)771鐾T一3●圖0器橋梁工程B