斜拉橋的非線性分析及減震研究.pdf

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1、2015年7月第7期城市道橋與防洪橋梁結(jié)構(gòu)75斜拉橋的非線性分析及減震研究尹華，吳念。(1．廣東省建筑設(shè)計研究院，廣東廣州510010；2．中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，湖北武漢430000)摘要：為了探索斜拉橋在罕遇地震E2作用下的受力性能，采用時程分析方法，以吉林蘭旗松花江大橋為分析對象進行動力彈塑性分析。通過設(shè)置液壓阻尼器來改善中大跨度橋梁的動力特性。對研究中大跨度斜拉橋的抗震設(shè)計有重要的借鑒意義。關(guān)鍵詞：斜拉橋；時程分析；動力彈塑性分析；減震；液壓阻尼器中圖分類號：U442文獻標(biāo)志碼：B文章編號：1009—7716(2015)07—0075—0

2、3向標(biāo)準(zhǔn)尺寸4．0m，縱橋向標(biāo)準(zhǔn)尺寸7．0m，拉索錨O引言固處塔壁厚1．35rn，拉索錨固區(qū)塔內(nèi)凈空3．8noX目前，斜拉橋被廣泛應(yīng)用于中大跨度橋梁中，2．0no。主塔下部采用實體斷面2．95mf橫向)×7m相應(yīng)的抗震設(shè)計方法也正在從傳統(tǒng)的強度理論向從向)。橋面以上塔高69．91no，塔上索距2．1～2．4m，非線性抗震理論過渡。非線性抗震理論區(qū)別于強橫向索距1．011。主墩墩身采用箱形薄壁結(jié)構(gòu)，墩度理論，主要在于通過結(jié)構(gòu)選定部位的塑性變形中設(shè)置橫隔板與塔柱連續(xù)。墩寬縱向為7．2ITI，橫來抵抗地震作用。一方面，塑性變形能消耗地震能向17．0m，墩高13．9

3、8m，壁厚分別為1．2ITI及量，從而減小地震的影響【；另一方面，塑性鉸的出1．0m，采用40號混凝土。設(shè)計地震烈度為7度，按現(xiàn)使結(jié)構(gòu)的周期延長，從而減小地震所產(chǎn)生的慣8度設(shè)防。性力f21。橋44500為了保證非線性抗震設(shè)計的安全性，必須對結(jié)構(gòu)進行抗震能力驗算。目前對于鋼筋混凝土墩柱，可以用強度破壞準(zhǔn)則驗算抗剪強度，而用非線．性破壞準(zhǔn)則驗算彎曲非線性能力。減震裝置可以用不同的材料、不同的耗能減iT0們1震機制和不同的構(gòu)造。橋梁的減震裝置通常是由隔離器和阻尼器組成，置于梁體與墩臺之間。隔離圖1吉林蘭旗松花江大橋(單位：cm)器的作用是對橋梁結(jié)構(gòu)提供柔性支承，調(diào)

4、整被隔1．2非線性時程分析方法離橋梁結(jié)構(gòu)的固有周期，使其避開地震能量集中本文采用分析軟件MIDAS對斜拉橋進行動力的范圍，減小地震引起的地震力。本文選擇的液壓分析。分析模型中橋面系采用脊梁模式模擬【31，拉阻尼器，通過調(diào)整阻尼器剛度系數(shù)得到最佳減震索用桁架單元模擬，主塔采用空間梁單元模擬。地參數(shù)。震反應(yīng)分析采用時程分析方法，地震波選用El1工程概況及非線性時程分析方法Centro地震波。在地震作用下，斜拉橋易于損壞的部位為橋塔1．1工程概況受力最大或相對薄弱的位置，完全延性或有限延吉林蘭旗松花江大橋為雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混性抗震設(shè)計是將橋墩或塔的某些部位(通常是

5、橋凝土斜拉橋，跨徑布置為102．5m+240m+102．5ITI，墩或塔底部)設(shè)計的具有足夠的延性，通過在結(jié)構(gòu)見圖l。索的橫向間距1．1m，塔、墩固結(jié)，主梁支承選定部位的塑性變形來抵抗地震作用。本橋塑性半飄浮體系，橋塔柱截面采用矩形空心斷面，橫橋鉸設(shè)置在塔底。收稿日期：2015—04—10《公路橋梁抗震設(shè)計細(xì)則》(JTG／TB202—01作者簡介：尹華(1983一)，男，河南南陽人，碩士，工程師，從事橋梁—2008)t4~對截面的等效屈服曲率定義如圖2所示，工程設(shè)計工作。76橋梁結(jié)構(gòu)城市道橋與防洪2015年7月第7期將曲線等效成理想彈塑性的雙線性模型，初始彈

6、彈塑性分析，利用纖維材料的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系和截面應(yīng)變分布形狀假定較為準(zhǔn)確的截面彎矩一曲性段定義為原點與受拉鋼筋首次屈服點(，M)的率關(guān)系，并且考慮軸力引起的中和軸變化的影響。連線，等效屈服曲率通過調(diào)整塑性段水平線的位根據(jù)規(guī)范要求，當(dāng)設(shè)防烈度為8度時，罕遇地置使兩塊陰影部分的面積相等確定，等效屈服點震E2最大地震波加速度可以取到0．3g，重要系為(，My)，計算中應(yīng)考慮最不利軸力組合。數(shù)為1．7，因此地震波加速度峰值取0．51g。經(jīng)計算，在罕遇地震(E2地震)縱向激勵作用下，本橋梁端順橋向位移最大值為0．352ITI，塔頂順橋向位移最大值為0．428113，索塔

7、塔底塑性鉸處順橋向彎矩最大值為4．55X10N·ITI，塑性鉸轉(zhuǎn)角最大值為0．0028rad。此時，順橋向梁端位移、塔頂位移、塑性鉸彎矩和塑性鉸轉(zhuǎn)角的地震時程反應(yīng)如圖4～圖7所示，墩底塑性鉸的滯回曲線如圖8所示。O_4O0．20圖2等效屈服翠足義0．O0塑性鉸長度Lp可按照《公路橋梁抗震設(shè)計細(xì)彗o．20則》規(guī)定取值，即取下列兩式計算結(jié)果的較小值?！?．40厶=O．08L+0．O02ffl,~0．044ffl,(1)圖4縱向激勵下梁端順橋向位移反應(yīng)時程寺(2)0．60LL互&曩0．40式中：L為水平地震慣性力作用位置的高度；h為20截面的高度、分別為縱向鋼筋的

8、屈服強度和I八．九／＼．／^＼．八／_＼八趟O·O0