非一致激勵下大跨度矮塔斜拉橋地震響應(yīng)研究

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1、非一致激勵下大跨度矮塔斜拉橋地震響應(yīng)研究　　摘要：對在建的某大跨度矮塔斜拉橋進行非一致激勵地震響應(yīng)分析，分別對結(jié)構(gòu)進行非一致峰值地震激勵和行波效應(yīng)分析，并將結(jié)果與一致激勵地震輸入做對比。分析表明：非一致激勵下橋梁關(guān)鍵部位的某些響應(yīng)值比一致激勵地震輸入有明顯增加，說明對大跨度橋梁進行非一致響應(yīng)分析的必要性。關(guān)鍵詞：矮塔斜拉橋；多點激勵；行波效應(yīng)；橋梁抗震中圖分類號：K928.78文獻標(biāo)識碼：A文章編號：0引言本文以某矮塔斜拉橋為例，對其進行一致激勵和非一致激勵時程分析，其中非一致激勵地震響應(yīng)分析分別考

2、慮了各支點的地震波峰值不同和地震波的相位差兩種形式。并將計算結(jié)果進行對比分析，得出有益結(jié)論，為同類型橋梁抗震分析提供有益參考。計算模型的建立6某四塔五跨矮塔斜拉橋，塔、梁、墩為固結(jié)體系。主橋長886m,橋?qū)?8.3m，為國內(nèi)同類型橋梁中橋?qū)捵顚?。主塔為獨柱式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，截面為八邊形。主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，采用變高度斜腹板單箱三室寬幅脊梁斷面。主梁頂板寬38.3m，懸臂長8.15m，兩側(cè)設(shè)5.15m寬后澆帶。梁底曲線按1.8次拋物線變化。內(nèi)側(cè)兩個主墩采用單肢箱室主墩，外側(cè)兩個受縱向力較大的主墩

3、采用雙肢實心主墩。其縱向和橫向截面圖如圖1所示。（1）縱向截面圖（2）橫向截面圖圖1橋梁縱向和橫向布置圖（單位：cm）根據(jù)矮塔斜拉橋的整體情況以及擬定的計算內(nèi)容，運用有限元分析軟件MIDASCivil建立全橋模型。在模型中共建立782個單元，斜拉索是128個桁架單元，其余皆為梁單元共654個。主梁和索塔、橋墩均采用固結(jié)的剛性連接。橋梁兩端采用Uy，Uz，Rx三個自由度約束。考慮樁-土-結(jié)構(gòu)的相互作用，將下部結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)入土部分用彈簧剛度來模擬土的剛度，彈簧單元剛度K=KhBL，其中B為樁的計算寬度，L

4、為單元長度，Kh為地基土水平向基床系數(shù)，采用“m”法[2]計算。矮塔斜拉橋模型見圖2。地震波的選擇考慮本橋梁缺少工程場地地震危險性概率分析及場地地震動參數(shù)，以及避免因隨機采樣造成的計算偏差，本文選取1940年美國EICentro天然地震動記錄作為地震輸入。EICentro天然地震動記錄加速度峰值為0.35696g，計算總時長40s，記錄信號是水平加速度，時間間隔0.02s，因其峰值較大、頻譜范圍較廣，被工程界作為典型案例而廣泛使用[3]。本橋梁按地震烈度為VIII度，計算時須對加速度時程曲線的振幅進

5、行調(diào)整，調(diào)整系數(shù)=0.5604。調(diào)整后EICentro地震波如圖3。圖3調(diào)整后EICentro地震波非一致激勵地震響應(yīng)分析本文在考慮多點非一致激勵時采用在模型四個支點即左邊墩，左主墩，右主墩，右邊墩的墩底施加兩種不同方法的地震波：四個支點處的地震波峰值不同，即非一致激勵，四個支點處的地震波存在相位差，及行波效應(yīng)。非一致峰值地震波輸入采用調(diào)整后EICentro地震波，對模型采用三維地震輸入，橫向地震波大小采用水平加速度的0.5折減，豎向采用0.1折減，即：1.0縱向+0.5橫向+0.1豎向[4]。將組

6、合的地震波同時施加在模型的四個支點處，作為一致激勵地震輸入。非一致峰值地震輸入下，將組合地震波的縱向、橫向和豎向的峰值乘以修正系數(shù)后，再施加在各支點上。修正系數(shù)見表1.6表1地震波修正系數(shù)將非一致地震輸入結(jié)果與一致激勵的結(jié)果做對比，各關(guān)心截面的內(nèi)力和位移對比可得出：由于主梁剛度較大，各關(guān)心截面的位移都較小。各關(guān)心截面非一致激勵的位移響應(yīng)基本上比一致激勵的位移響應(yīng)要大，兩者差值較小。各關(guān)心截面非一致激勵的內(nèi)力值比一致激勵的內(nèi)力值除少部分?jǐn)?shù)據(jù)外均有一定增大。其中主梁跨中軸力增幅最大，達到1.52倍，各截

7、面的剪力變化相對較小，左、右邊跨跨中非一致激勵下的彎矩相對一致激勵也有較大增加，分別為1.11倍和1.19倍。行波效應(yīng)對于大跨度橋梁來說，地震波到達橋梁的每個支點的時間均不同，與各支點同時受到地震波影響相比，時間滯后對橋梁的影響不可忽視，所以對大跨度橋梁進行行波效應(yīng)的影響分析是有必要的[4]。本文采用調(diào)整后EI6Centro地震波，對模型采用三維地震輸入，橫向地震波大小采用水平加速度的0.5折減，豎向采用0.1折減，即：1.0縱向+0.5橫向+0.1豎向。假定地震波傳播方向與結(jié)構(gòu)縱向軸線平行，為了同

8、時考慮波速對行波效應(yīng)的影響，根據(jù)計算模型的地質(zhì)條件，分別取視波速V為500m/s、1200m/s、2000m/s，根據(jù)各墩塔間的距離，計算可得地震波經(jīng)過各塔墩的時間差△t，計算行波效應(yīng)的橋梁結(jié)構(gòu)響應(yīng)，并與一致激勵的情況作對比分析。將三種波速下各關(guān)心截面的位移和內(nèi)力與一致激勵對比，結(jié)果可得出：主梁跨中在三種波速下豎向位移增加較多，其中波速為500m/s時是一致激勵的5.17倍；左邊跨跨中的豎向位移增幅最大，三種波速下的豎向位移均為一致激勵的7倍左右，中跨和邊跨塔頂在三個