圆环塔斜拉桥抗震性能分析

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1、2013年5月第5期城市道桥与防洪桥梁结构71圆环塔斜拉桥抗震性能分析孙书亭(中国市政工程华北设计研究总院，天津市300074)摘要：桥梁的抗震设计已成为桥梁设计工作中必不可少的工作，进行抗震分析时应选取合适的时程波，正确的模拟边界条件。在E1地震荷载作用下，运用反应谱法进行分析，结构各部分应处于弹性状态。E2地震荷载作用下，结构一般处于塑性状态，采用非线性时程分析方法。通过分析结构的受力状态、塑性铰形态、残余变形的大小等几方面，判断圆环塔斜拉桥在6度地震区具有足够的抗震安全性。关键词：时程；非线性；塑性铰中图分类号

2、：U448．27文献标识码：A文章编号：1009—7716(2013)05—0071—030前言近年地震自然灾害越来越频繁，给人们生命和财产安全造成了巨大的危害和损失。桥梁作为交通干线中主要构造物，其抵抗地震荷载的能力即抗震性能如何，对在震后快速的进行救援是非．常重要的。为保证桥梁结构具有足够的抗震能力⋯，#±l＼／lIl及震后经过快速修复后能够具有基本的使用功能，设计人员在进行桥梁工程设计时应对桥梁结S2SO构进行抗震设计。桥梁抗震设计现阶段是按照两图1桥梁立面布置图(单位：cmJ阶段设计和两阶段设防的原则进行，本

3、文以某工道路中心线程为例，就其抗震性能从主要的几个方面进行分析与论述。1工程概况桥梁工程位于某城市互通立交桥主线上，跨越一条地方铁路与一条城市主干路。主线的横断面布置为：0．5m(防撞护栏)+20m(车行道)+0．5nl(防撞护栏)+12m(中分带)+0．5m(防撞护栏)+20ITI(车行道)+0．5m(防撞护栏)，全宽54In。斜拉桥全长180in，跨径布置为62．5m+55m+62．5m，桥梁采用直径83In的圆环形式，塔顶距地面100ITI，拉索每侧4对，间距10ITI。土层从上到下依次为杂填土、粉质粘土，泥质

4、砂岩，埋深分别为2m、10In、40m。桥址处抗震烈度为六度。上部结构采现浇预应力混凝土连续箱梁，下部结构为柱式墩钻孔灌注桩基础。桥墩尺寸为1．8m×1．8m，墩柱高度为7m，主筋采用直径28mmHRB335钢筋，配筋率为0．6％，箍筋采用直径12mmm的闭合箍筋。支座采用抗震盆式支座。桥型布置见图1、图2。图2桥梁横断面布置图(单位：c：mJ2模型的建立采用梁单元建模，承台采用板单元建立。桩与土的全桥模型主要采用杆单元，主梁、桥墩、桥塔作用采用等代土弹簧建立，采用“m”法进行模拟。收稿日期：2012—12—19计算

5、公式如下：作者简介：孙书亭(1971一)，男，吉林吉林市人，高级工程师，即：K土=axb×m(1)从事道路桥梁设计工作。72桥梁结构城市道桥与防洪2013年5月第5期式中：K士——节点处刚度值；a、b分别为桩E1地震荷载作用下采用反应谱分析方法，它基划分单元的长度与桩基的计算宽度；in为动力能反应出结构的最大地震响应，规范规定在E1地地基比例系数，其值一般采用23倍静力地基比震荷载作用下，结构要处于弹性状态。其最大地震例系数，本分析采用2．5，地基比例系数根据桩周响应为三个方向的地震效应的叠加，即最大地震土的特性进行

6、取值。效应：桥梁结构在E2地震荷载作用下，进入塑性状E=(3)态，为了真实的反映结构在进行塑性时的力学特水平两个方向采用规范的水平加速度反应谱，性，分析考虑了支座的非线性特性。竖向加速度反应谱按照CJJ166—2011第5．2．3条盆式支座有固定方向与滑动方向，滑动方向规定，由水平向加速度反应谱乘以0．65得到。计算可认为是理想弹塑性。结构见表1。支座其屈服力1眦=表1反应谱分析计算结构式中：￡厂一滑动摩擦系数，一般取0．02；W——上部荷载自重。初始刚度k=F．Jd；式中：d——支座的屈服位移，一般为0．003。抗

7、震盆式支座的抗震原理是当水平力大于其竖向承载力20％时，支座内高阻尼橡胶板与阻尼圈开始工作耗能。其水平方向具有非线性特性，在程序里采用滞后系统进行模拟：固定方向水平屈服力F～=N×0．2式中：N——支座竖向承载力。计算结果表明，结构在E1地震荷载，结构处K=FmJd；于弹性状态。式中：d——支座屈服位移，按照支座参数选取。(2)时程分析结构组尼采用Rayleigh阻尼，其表达式为：E2地震荷作用下，塑性铰的变形要满足要求。C=aM+bK(2)E2地震荷载作用下，结构已经进入塑性状态，应采式中：M和K分别为质量和刚度矩

8、阵；a、b为用非线性时程方法分析。本文采用直接积分法中两个固有频率对应的阻尼比系数，通常为两个振的NewmakB法。型参与系数相对比较大的主要振型，本_丁程采用按照规范计算塑性铰容许转角和墩顶位移，截第1阶振型与第10阶的振型。面等效屈服率和极限破坏状态的曲率采用弯矩一根据《城市桥梁抗震设计规范》(CJJ166—2011)曲率曲线进行计算，弯矩