大跨斜腿剛構(gòu)橋地震易損性分析.pdf

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1、第28卷第3期土木工程與管理學(xué)報(bào)Vol_28No．32011年9月JournalofCivilEngineeringandManagementSep．2011大跨斜腿剛構(gòu)橋地震易損性分析鄭成龍，龍曉鴻，彭元誠(chéng)2，姜維，廖萍(1．華中科技大學(xué)a．土木工程與力學(xué)學(xué)院，b．控制結(jié)構(gòu)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430074；2．中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北武漢430056；3．江蘇泛亞聯(lián)合建筑設(shè)計(jì)有限公司，江蘇無錫214005)摘要：針對(duì)北盤江預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋給出了橋梁易損性曲線的系統(tǒng)性分析方法。采用有限元分析軟件SAP20

2、00一V14進(jìn)行有限元模擬及對(duì)每個(gè)地震一橋梁樣本進(jìn)行非線性時(shí)程分析，建立了以PGA為變量的結(jié)構(gòu)需求概率函數(shù)。根據(jù)地震作用下塑性鉸的曲率延性指標(biāo)進(jìn)行抗震性能水準(zhǔn)劃分，給出了橋梁結(jié)構(gòu)的易損性曲線，從而為橋梁結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)，對(duì)實(shí)際工程抗震能力評(píng)價(jià)有一定的借鑒意義。關(guān)鍵詞：地震；連續(xù)剛構(gòu)；有限元；易損性曲線；曲率延性中圖分類號(hào)：U442．5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-0985(2011)03-0391-04橋梁是交通系統(tǒng)中的重要樞紐結(jié)構(gòu)。由于其橋部分總長(zhǎng)度為895113，橋跨布置為82．5+220+上重下輕的結(jié)構(gòu)模式以

3、及較大的高寬比，在地震290+220+82．5113。上部結(jié)構(gòu)采用連續(xù)變截面現(xiàn)作用下是易損壞的。公路橋梁的地震易損性通常澆混凝土箱梁，寬度為10．5In，由鋼筋混凝土橋可以用易損性曲線表示，這些曲線可以表示在不墩支撐，主墩的高度分別為75m、90m、143m、68同強(qiáng)度地震作用下結(jié)構(gòu)反應(yīng)超過破壞階段所定義m，均采用雙肢薄壁空心截面，其中中間兩對(duì)橋墩的結(jié)構(gòu)承載能力的條件概率。目前，國(guó)際上普遍采設(shè)有空腹斜腿以提高根部剛度。橋臺(tái)部分的支撐用的橋梁易損性分析方法主要有經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法和理論類型為簡(jiǎn)支。橋墩的縱向配筋主要采用直徑32分析法。Baso

4、z和Kiremidjian基于Northridge地inm，28mm，20mm的HRB335鋼筋，橫向箍筋為震后得到的橋梁損傷數(shù)據(jù)，進(jìn)行橋梁分組后采用直徑為16mm和20mm的HRB335鋼筋。邏輯回歸分析建立了經(jīng)驗(yàn)易損性曲線。Hwang和Huo_2提出了一種基于結(jié)構(gòu)動(dòng)力行為的數(shù)值模擬方法，建立了理論易損性曲線。但是目前的地震一橋梁系統(tǒng)非線性時(shí)程分析方法普遍采用墩的位移／!延性比作為評(píng)價(jià)橋梁損傷程度的指標(biāo)(Hwang和劉晶波)，根據(jù)梁智壺的研究成果，對(duì)于大跨圖1主橋橋型布置圖／cm薄壁高墩連續(xù)鋼構(gòu)橋，位移延性比并不能準(zhǔn)確地1．2有限

5、元模擬反映橋梁的破壞情況。本文根據(jù)地震作用下塑性本文中采用大型有限元分析軟件SAP2000一鉸的曲率延性指標(biāo)進(jìn)行抗震性能水準(zhǔn)劃分，給出V14進(jìn)行有限元模擬，模型的三維整體視圖如圖了大跨斜腿剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)的易損性曲線。2所示。模型的模態(tài)分析見表1。上部結(jié)構(gòu)與橋墩均采用梁一柱單元模擬，采用Nllink單元模擬結(jié)1工程概況與橋梁有限元模擬構(gòu)的非線性行為。假定結(jié)構(gòu)非線性行為主要發(fā)生在墩頂和墩底潛在的塑性區(qū)域以及斜腿端部，塑1．1工程概況性鉸的具體編號(hào)見圖3，橋墩其余部分以及上部文本分析對(duì)象北盤江特大橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)梁?jiǎn)卧诘卣鹱饔孟戮３謴?/p>

6、性。另外，橋懸澆空腹(斜腿)式連續(xù)剛構(gòu)橋(如圖1所示)，主收稿日期：2011-06—15作者簡(jiǎn)介：鄭成龍(1988一)，男，湖北武漢人，碩士研究生，研究方向?yàn)闃蛄嚎拐鸷徒ㄖ粽?Email：santos1988@126．corn)基金項(xiàng)目：中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(201lQN181)，貴州省交通廳科技項(xiàng)目資助·392·土木工程與管理學(xué)報(bào)2011正墩頂部與上部結(jié)構(gòu)采用剛性單元連接(如圖4所到：示)。yy，(L1)其中，和分別為截面第一根鋼筋屈服時(shí)對(duì)應(yīng)的彎矩和曲率。塑性鉸長(zhǎng)度。采用Priesley的經(jīng)驗(yàn)公式得到：L。=0．08L

7、+0．022f,a6ft>0．0d(2)￡為最大彎矩點(diǎn)到橋墩反彎點(diǎn)的距離，d為縱向鋼筋的直徑。圖2有限元模型三維整體視圖由此可以得到每個(gè)截面的彎矩．轉(zhuǎn)角關(guān)系，其表1模型的模態(tài)分析中轉(zhuǎn)角=?！駆／混凝土纖維鋼筋纖維——IIIIIlIlllIllIII11IlI1IlI1llIIllIlllllI圖3塑性鉸編號(hào)示意圖一·＼臂：＼斜腿}一＼橋墩墩底塑性鉸．＼．圖6橋墩的彎矩一曲率曲線圖4單兀連接不意圖2結(jié)構(gòu)易損性分析1．3塑性鉸設(shè)置橋墩的每種截面的彎矩一曲率曲線通過軟件本文選取了2O條遠(yuǎn)場(chǎng)地震波，按照隨機(jī)抽樣SECTIONBUILDER計(jì)

8、算得到，將鋼筋和混凝土離對(duì)20條地震波地震加速度峰值(PGA)進(jìn)行調(diào)整，散為纖維，假設(shè)纖維之問完全粘結(jié)，且滿足平截面PGA廣泛分布于0．1g一1．dg，共計(jì)140個(gè)工況。假定(如圖5所示)。非線性特性由纖維的非線在SAP2000中定義