株洲湘江紅港大橋主橋抗震性能分析

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1、株洲湘江紅港大橋主橋抗震性能分析鞏朝，楊美良，楊柯(長(zhǎng)沙理工大學(xué)土木建筑學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410076)【摘要】根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)抗震理論，借助通用有限元程序Midas／Civil對(duì)株洲紅港大橋一v型墩拱梁剛構(gòu)組合體系橋進(jìn)行了動(dòng)力特性分析，并采用反應(yīng)譜分析法計(jì)算了地震荷載作用下的位移和內(nèi)力。研究結(jié)果表明：該橋具有足夠的抗震能力，其設(shè)計(jì)符合抗震規(guī)范要求，可為類似條件下橋梁的設(shè)計(jì)與施工參考?！娟P(guān)鍵詞】拱梁剛構(gòu)組合體系；有限元；反應(yīng)譜分析；抗震性能【中圖分類號(hào)】U442．55【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A1工程概況?y+2ftoy+Y一6g(1)株洲湘江紅港大橋是一座集城市交通和城市景觀于一式中：阻尼比：c／c，其

2、中c為臨界阻尼，定義為c=體的特大型橋梁，跨湘江連接蘆淞和天元兩區(qū)，呈東西走向。2；無(wú)阻尼圓頻率∞=~／；’。為地面運(yùn)動(dòng)加速度。主橋?yàn)?0m+150in+90m拱梁剛構(gòu)組合體系，橋面全寬為上述振動(dòng)方程的解用杜哈美爾積分公式表示為：33．0m，在邊跨、中跨均設(shè)置兩分離拱肋，拱肋采用內(nèi)傾y(t)=∞^Jf‘0e-(r)sin[∞d(、t—r)]dr(2)3．8141。的提籃鋼箱拱，拱軸線為圓曲線，主拱拱圈矢高30in，計(jì)算跨徑120m，邊拱拱圈矢高18in，計(jì)算跨徑72m，拱肋式中：有阻尼圓頻率=41一。對(duì)上式分別求一斷面為1．5in×2in，主、邊拱橫向分別設(shè)置3道、2道鋼箱風(fēng)次和兩次導(dǎo)

3、數(shù)，可以得到單自由振子地震作用下的相對(duì)速度撐；兩主墩均為半徑為R=100m的曲線V形撐。吊桿縱向和絕對(duì)加速度反應(yīng)的積分公式：距離為8．0m，每個(gè)邊拱7排吊桿，主拱設(shè)置13排吊桿。現(xiàn)(t)=一旦toJf‘e-{~(t-r)()c。s[∞(￡一f)+。ld．r(3)0、澆剛構(gòu)施工時(shí)分為兩幅獨(dú)立的橋現(xiàn)澆，橫向兩箱梁翼緣之間設(shè)500am濕接縫(后澆橋面板)和橫肋。設(shè)計(jì)荷載：城市一Ap=S．／fi(4)級(jí)。地震烈度：Ⅶ度。主橋的總體布置如圖1所示。對(duì)于一般工程結(jié)構(gòu)而言，其阻尼比較小，所以∞，并本文采用有限元程序Midas／Civil，結(jié)合該橋的結(jié)構(gòu)特且相位差也可以忽略不計(jì)。因此上面兩式可以簡(jiǎn)化為

4、：點(diǎn)，建立橋梁的空間有限元模型，對(duì)其進(jìn)行自振特性計(jì)算，并()=Je-I~o(t-r)6g(r)cos[d(t—r)ldr(5)采用反應(yīng)譜分析法，進(jìn)行地震荷載作用下的結(jié)構(gòu)位移和內(nèi)力計(jì)算。(￡)+(f)=＆，fe一∞‘一f()sin【n，d(￡一f)】dr9000(6)由于地震加速度6是不規(guī)則的函數(shù)，上述積分公式一般要通過(guò)數(shù)值積分的方法來(lái)求得反應(yīng)的時(shí)程曲線。根據(jù)反應(yīng)譜曲線，對(duì)于一個(gè)單自由度彈性體系，如果已知其自振周29墩3O墩31墩32墩期和阻尼比，就可以從曲線中查得該體系在特定地震記錄下圖1主橋布置(單位：am)的最大加速度。對(duì)于可以近似為單自由度體系規(guī)則的橋梁，2反應(yīng)譜方法的基本原理其

5、最大地震慣性力可以用相應(yīng)的反應(yīng)譜求出：作用于結(jié)構(gòu)的實(shí)際地震波是由含有一定卓越頻率的復(fù)F=mSa咄()(彘)。邰㈩雜波組成，當(dāng)?shù)卣鹱吭筋l率和結(jié)構(gòu)固有頻率相一致時(shí)，結(jié)構(gòu)物的動(dòng)力反應(yīng)就會(huì)變大。不同周期單自由度振子在某一地式中：：為地震系數(shù)；盧：為動(dòng)力放大震記錄激勵(lì)下，可得到體系周期與絕對(duì)加速度、相對(duì)速度和g‘I6I一相對(duì)位移的最大反應(yīng)量之間的關(guān)系曲線，即加速度反應(yīng)譜、系數(shù)。速度反應(yīng)譜和位移反應(yīng)譜。由于客觀存在的隨機(jī)因素影響，使得不同地震記錄得到的反應(yīng)譜具有很大隨機(jī)性、離散性，實(shí)際應(yīng)用的規(guī)范反應(yīng)譜是大量地震記錄輸入后得到眾多反[收稿日期]2009—10—14應(yīng)譜曲線經(jīng)統(tǒng)計(jì)平均和光滑后而得到的。

6、[作者簡(jiǎn)介]鞏朝(1984～)，男，在讀碩士研究生，研究對(duì)于單自由度振子，其振動(dòng)方程為：方向：橋梁新技術(shù)、新工藝。180四川建筑第30卷4期2010．08顙滲對(duì)于復(fù)雜的橋梁結(jié)構(gòu)，無(wú)法直接利用單振型反應(yīng)譜分析振動(dòng)，橫橋向振動(dòng)為該橋最基本的振動(dòng)形式，說(shuō)明該橋面外方法，而需要首先進(jìn)行振型分解，其在單一水平方向地震作剛度較小。因此設(shè)計(jì)該橋結(jié)構(gòu)抗震時(shí)，應(yīng)注意橫向設(shè)計(jì)，加用下的動(dòng)力平衡方程為：強(qiáng)面外穩(wěn)定。表1橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性計(jì)算結(jié)果【f】{’+【C]{h)+【K]{u)=一【f】{E(8)振型階次頻率(I-Iz)振型特點(diǎn)式中：[】、【C】、【K】為結(jié)構(gòu)的n×n階質(zhì)量、阻尼和剛度矩陣；[捌為慣性力

7、指示向量。l0．5518主拱橫橋向振動(dòng)假定結(jié)構(gòu)的跨度不大，結(jié)構(gòu)所有節(jié)點(diǎn)均按同一加速度同21．09O0全橋縱橋向反對(duì)稱豎向振動(dòng)相位運(yùn)動(dòng)。式(8)用振型疊加法求解，可得：31．1647全橋拱肋與主梁橫橋向反對(duì)稱振動(dòng)41．4035廬山段邊拱拱肋橫橋向振動(dòng)2+(_1，2?)51．4606紅港段邊拱拱肋橫橋向振動(dòng)(9)62．3O9O主拱拱肋與主跨梁豎向振動(dòng)式中：q為振型空間中的廣義坐標(biāo)；【]為第1階振型72．3566主拱拱肋橫橋向反對(duì)稱振動(dòng)向量；={【肘