鋼混組合結(jié)構(gòu)斜拉橋抗震性能分析

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1、2014年6月第6期城市道橋與防洪橋梁結(jié)構(gòu)67鋼混組合結(jié)構(gòu)斜拉橋抗震性能分析駱春雨1,2，薛新峰，李雪蓮。，劉聰(1．同濟(jì)大學(xué)，上海市20~92；2．天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津市300051；3．天津城建集團(tuán)總包公司，天津市300050)摘要：對一座塔墩固結(jié)、塔梁分離式的半漂浮體系鋼混組合結(jié)構(gòu)斜拉橋進(jìn)行了抗震性能分析，采用有限元SAP2000軟件建立了主橋合理空間非線性動(dòng)力模型，并計(jì)算了結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性；采用非線性時(shí)程方法進(jìn)行主橋結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析，并研究了鋼混組合結(jié)構(gòu)斜拉橋在兩種設(shè)防水準(zhǔn)地震輸入下的抗震性能，為橋梁抗震設(shè)計(jì)提供一定的參考依據(jù)。關(guān)鍵詞：

2、鋼混組合結(jié)構(gòu)斜拉橋；塔墩固結(jié)；抗震分析；配筋率中圖分類號(hào)：U448．27文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009—7716(2014)06"0067—041工程簡介表1模型邊界及連接條件本文分析依托于唐山市一座鋼混組合結(jié)構(gòu)斜拉橋?，橋梁總長195m，主跨110m，邊跨85m，橋?qū)?2m，橋塔總高75m。橋梁結(jié)構(gòu)形式采用單塔雙索面、塔墩固結(jié)、塔梁分離的半漂浮體系。由于唐山市位于華北地區(qū)地震活躍地帶，地震基本烈度為8度，對抗震性能要求較高。進(jìn)行正確的抗震分析，對確保大橋抗震安全性具有非常重要的意義12,31。注：1．表中x為縱橋向，Y為橫橋向，z為豎向；2．0表示

3、自由，1表示主從或固結(jié)，s表示彈簧約束。2斜拉橋動(dòng)力特性分析2．1建立斜拉橋線性動(dòng)力模型本文采用SAP2000有限元程序，建立斜拉橋主橋以及與之銜接的左側(cè)引橋的動(dòng)力空間計(jì)算模型。有限元計(jì)算模型以順橋向?yàn)閤軸，橫橋向?yàn)閅軸，豎向?yàn)閦軸。主梁、塔柱、墩柱均采用空間的梁單元模擬，斜拉索采用空間桁架單元。承臺(tái)模擬為質(zhì)點(diǎn)，賦予承臺(tái)質(zhì)量，并與墩底和樁基頂部節(jié)點(diǎn)形成主從連接。各橋墩處的樁基礎(chǔ)采用一個(gè)6×6i彈簧模型加以模擬。二期恒載等效為線圖1主橋有限元計(jì)算模型質(zhì)量均勻施加主梁上。塔與梁采用固結(jié)體系，模摩擦力F型中各部分約束條件詳見表1，動(dòng)力計(jì)算模型見圖1。2．2建

4、立斜拉橋非線性動(dòng)力模型滑動(dòng)位移在線性動(dòng)力模型基礎(chǔ)上建立主橋非線性動(dòng)力模型，主要考慮了連接墩上活動(dòng)支座縱向滑動(dòng)摩擦效應(yīng)。活動(dòng)支座縱橋向的摩擦效應(yīng)可以近似采圖2主橋計(jì)算模型基本動(dòng)力特性用理想彈塑性連接單元進(jìn)行模擬，其典型恢復(fù)力恒載軸壓力Ⅳ乘以動(dòng)摩擦系數(shù)，動(dòng)摩擦系數(shù)對所模型見圖2。有滑動(dòng)摩擦支座均取0．02，即：Fy=N×O．02；初圖2中屈服力Fy(即滑動(dòng)起始摩擦力)取支座始剛度為屈服力與屈服位移(即滑動(dòng)起始收稿時(shí)間：20l4—02—13靜位移，取6y=0．002m)之比：K=Fy=Ⅳ×作者簡介：駱春雨(1980一)，男，天}t人，工程師，從事橋梁設(shè)計(jì)T作

5、。0．02／0．002=10×N(kN／m)。68橋梁結(jié)構(gòu)城市道橋與防洪2014年6月第6期的地震反應(yīng)小于等效屈服彎矩，邊墩位移小于容3主橋動(dòng)力特性計(jì)算許位移。根據(jù)所建立的非線性斜拉橋動(dòng)力計(jì)算模型，橋墩、樁基的初始屈服彎矩為截面最外層鋼筋進(jìn)行主橋結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性分析，得出主橋前20階振首次屈服(考慮相應(yīng)軸力)時(shí)對應(yīng)的彎矩，而等效屈型周期、頻率和振型特征【4]，見表2。服彎矩為根據(jù)截面分析(考慮相應(yīng)軸力)，把截表2主橋計(jì)算模型基本動(dòng)力特性面M—曲線等效為雙線性所得到得等效屈服彎矩，見圖30．0000．01000200030X—AxisCurvature·l／

6、m圖3截面等效屈服彎矩計(jì)算示意圖根據(jù)在恒載和地震作用下的軸力組合對主橋各橋墩與最不利受力樁的控制截面進(jìn)行M一分析，得出各控制截面的初始屈服彎矩和等效屈服彎矩，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的抗震性能驗(yàn)算。在計(jì)算初始屈服彎矩和等效屈服彎矩時(shí)，對相同尺寸和相同配筋的截面，取恒載和地震組合軸力的最小值進(jìn)行初始屈服彎矩的計(jì)算。在E2地震作用下，對于已進(jìn)入塑性工作狀態(tài)的邊墩，應(yīng)保證其具有足夠的延性，根據(jù)《公路4主橋結(jié)構(gòu)抗震性能分析橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》規(guī)定，規(guī)則橋梁可按下式驗(yàn)算橋墩墩頂?shù)奈灰疲焊鶕?jù)該橋的重要性和橋墩結(jié)構(gòu)特性，采用非△d≤△(1)線性時(shí)程反映結(jié)果并按表3的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)對主橋結(jié)式

7、中：△廣E2地震作用下墩頂?shù)奈灰疲粯?gòu)進(jìn)行抗震性能驗(yàn)算。地震反應(yīng)分析時(shí)分別采用△——橋墩容許位移。El地震作用(50a超越概率10％)、E2地震作用(50aS越概率2％)兩種設(shè)防水準(zhǔn)反應(yīng)譜，并取3單柱墩容許位移按式(2)計(jì)算：1r條波的最大值作為最終輸出結(jié)果。地震輸人方式△=÷H×6y+(H一蘭})×0(2)jj為：(1)縱向+豎向；(2)橫向+豎向兩種方式。采式中：——塑性鉸區(qū)域的最大容許轉(zhuǎn)角，按式用彈性反應(yīng)譜分析方法，計(jì)算中取前500階，按(3)計(jì)算。CQC方法進(jìn)行組合。Ou=Lp(一)(3)表3濱河北大橋抗震性能目標(biāo)與設(shè)防準(zhǔn)則式中：．——截面等效屈

8、服曲率；結(jié)構(gòu)．眭能要求結(jié)構(gòu)校核目標(biāo)——極限破壞狀態(tài)的曲率，可以通過截面的軸力一彎矩一曲率(P—