單塔懸索-剛構(gòu)-連續(xù)梁組合橋抗震性能分析.pdf

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1、第3期(總第146期)2010年6月中圄千放暑農(nóng)No.3(50riolNo,146)CHINAMUNICIPALENGINEERINGJun.2010單塔懸索一剛構(gòu)一連續(xù)梁組合橋抗震性能分析’黃文雄1一,楊宏印1,譚利英。,張海龍1(1.華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院,湖北武漢430074;2.長江大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院,湖北荊州434023;3.荊州城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.湖北荊州434000)摘要:以烏魯木齊市烏魯木齊北一路橋?yàn)檠芯繉?duì)象。根據(jù)該橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn).采用兩階段分析法的思路,建立了橋梁空間有限元分析模型,分析r該橋的動(dòng)力性能:采用反應(yīng)譜分析法、時(shí)程

2、分析法計(jì)算了橋梁結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)反應(yīng)譜、3條典型地震波作用下的地震響應(yīng),較為全面地分析了該橋的抗震性能。計(jì)算結(jié)果表明:該橋整體剛度較大,橋梁振動(dòng)以順橋向振動(dòng)形式為主;2號(hào)主墩墩底截面受力最為不利.為全橋抗震設(shè)計(jì)的控制截面:塔柱在地震作用下塔底面外內(nèi)力響應(yīng)、塔頂面外位移響應(yīng)較大,在設(shè)計(jì)時(shí)要引起足夠鶯視。關(guān)鍵詞:組合體系橋;抗震性能;地震響應(yīng):反應(yīng)譜分析法:時(shí)程分析法中圖分類號(hào):U448.216.255文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1004—4655(2010)03—0086—04烏魯木齊北一路橋位于烏魯木齊經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)二期延伸區(qū)域.上跨小綠谷.是一座大型單塔懸

3、索一剛構(gòu)一連續(xù)梁組合橋。橋型方案較為復(fù)雜.特別是懸索結(jié)構(gòu)對(duì)于橋梁抗震性能的影響不容忽視。為了探討橋的抗震性能.采用大型通用有限元軟件ANSYS.結(jié)合橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn).建立橋梁的空間有限元計(jì)算模型.分析了橋梁的動(dòng)力性能:采用反應(yīng)譜法計(jì)算了橋梁結(jié)構(gòu)在地震作用下的內(nèi)力響應(yīng):并結(jié)合地形地質(zhì)條件選用E1一Centro波、Taft波、San—Fernando波.采用時(shí)程分析法計(jì)算了在3條典型地震波作用下橋梁的內(nèi)力響應(yīng).從而較為全面地分析了該橋的抗震性能.為施丁圖設(shè)計(jì)提供了依據(jù)與參考。1工程概況與場地條件橋型采用分離式雙幅自錨式單塔懸索一剛構(gòu)一連續(xù)梁組合體系(見圖1

4、)??鐝浇M合為55.0m+83.0In+83.0ITI+55.0m.設(shè)計(jì)荷載為公路I級(jí)。}墅堂+墅塑+墅迦十墅堂t圖1烏魯木齊北一路橋橋型布置圖收稿日期:2010—02一11第一作者簡介:黃文雄(1980一),男,漢族,湖北仙桃人,碩士.講師。華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院在讀博士研究生.主要從事大跨徑橋梁損傷識(shí)別與健康監(jiān)測方面的研究工作.該橋上部構(gòu)造為四跨一聯(lián)自錨式單塔懸索一剛構(gòu)一預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)梁組合結(jié)構(gòu)。單幅橋采用單箱雙室截面。箱梁頂板寬16.5m.底板寬11.5m,翼緣懸臂長2.5m。支點(diǎn)處梁高4.5m.跨中與邊跨現(xiàn)澆段高2.2m,采

5、用拋物線過渡。橋梁2號(hào)主墩為鋼筋混凝土空心箱形墩.墩高23.323m.與箱梁固接形成剛構(gòu)體系:l號(hào)、3號(hào)支墩為鋼筋混凝土實(shí)心墩,墩高分別為17.873m、11.199m,墩上設(shè)置支座,兩側(cè)設(shè)置擋塊;箱梁與2號(hào)主墩固結(jié)處設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)塔柱,塔高25m.雙幅橋每幅設(shè)置一座塔柱.懸索主纜錨于塔柱24m高處,兩側(cè)錨于主梁兩端;吊桿布置間距為5m.全橋共布置吊桿100根。橋址所在場地為Ⅱ類建筑場地。設(shè)計(jì)地震分組為第1組.特征周期為0.35s.橋梁的抗震設(shè)防類別為B類,抗震設(shè)防烈度為8度,設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.翰。2有限元模型建立2.1建模思路與常規(guī)懸索橋不同的

6、是:該橋主要承重體系為變截面連續(xù)梁,索結(jié)構(gòu)僅起輔助作用,受力并不大,相比主梁其剛度很小。因此,如果直接對(duì)帶索模型進(jìn)行模態(tài)分析、譜分析、時(shí)程分析。模型所有低頻模態(tài)將全部被柔性索的振動(dòng)型態(tài)占據(jù).不能反映橋梁整體動(dòng)力特性.導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況有較大差別。因此.本橋建模采用兩階段分析法.即:先對(duì)不帶索模型進(jìn)行模態(tài)分析.得到橋梁整體動(dòng)力特性頻率范圍:再對(duì)帶索模型進(jìn)行指定頻率范圍的模態(tài)分析.得到真正體現(xiàn)橋梁整體動(dòng)力特性的頻率與振中圄千跋z農(nóng)黃文雄,楊宏印,譚利英,等:單塔懸索一剛構(gòu)一連續(xù)梁組合橋抗震性能分析2010年第3期型;在此基礎(chǔ)上進(jìn)行橋梁地震響應(yīng)反應(yīng)譜

7、分析、時(shí)程分析.得到橋梁在地震作用下的內(nèi)力響應(yīng)與變形.為橋梁的設(shè)計(jì)提供參考與依據(jù)。2.2建模原則與主要參數(shù)由于該橋采用分離式整體斷面。建模時(shí)取其中一幅橋進(jìn)行分析。采用具有自定義變截面功能的Beaml88空間梁單元來模擬變截面主梁;橋墩與橋塔也采用Beaml88空間梁單元來模擬。主纜、吊桿用施加初應(yīng)變的LinklO單元.主纜、吊桿與主梁相應(yīng)結(jié)點(diǎn)采用剛臂連接.構(gòu)成“魚骨刺”模型。橋面鋪裝等二期恒載轉(zhuǎn)化為集中質(zhì)量單元Mass21附加在主梁的節(jié)點(diǎn)上,分析時(shí)忽略該單元的轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量。橋梁邊界條件為:所有橋墩墩底固結(jié);2號(hào)主墩墩頂與墩頂主梁剛結(jié)。1號(hào)、3號(hào)簡支墩與

8、墩頂主梁采用主從約束。主梁兩端為鉸支座。建模時(shí)采用的主要參數(shù)如表1所示。有限元模型如圖2所示。表1主要材料參數(shù)彈性模量E密

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