斜拉桥的非线性分析及减震研究

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1、2015年7月第7期城市道桥与防洪桥梁结构75斜拉桥的非线性分析及减震研究尹华，吴念。(1．广东省建筑设计研究院，广东广州510010；2．中交第二航务工程勘察设计院有限公司，湖北武汉430000)摘要：为了探索斜拉桥在罕遇地震E2作用下的受力性能，采用时程分析方法，以吉林兰旗松花江大桥为分析对象进行动力弹塑性分析。通过设置液压阻尼器来改善中大跨度桥梁的动力特性。对研究中大跨度斜拉桥的抗震设计有重要的借鉴意义。关键词：斜拉桥；时程分析；动力弹塑性分析；减震；液压阻尼器中图分类号：U442文献标志码：B文章编号：1009—7716(2015)07—0075—03向

2、标准尺寸4．0m，纵桥向标准尺寸7．0m，拉索锚O引言固处塔壁厚1．35rn，拉索锚固区塔内净空3．8noX目前，斜拉桥被广泛应用于中大跨度桥梁中，2．0no。主塔下部采用实体断面2．95mf横向)×7m相应的抗震设计方法也正在从传统的强度理论向从向)。桥面以上塔高69．91no，塔上索距2．1～2．4m，非线性抗震理论过渡。非线性抗震理论区别于强横向索距1．011。主墩墩身采用箱形薄壁结构，墩度理论，主要在于通过结构选定部位的塑性变形中设置横隔板与塔柱连续。墩宽纵向为7．2ITI，横来抵抗地震作用。一方面，塑性变形能消耗地震能向17．0m，墩高13．98m，壁

3、厚分别为1．2ITI及量，从而减小地震的影响【；另一方面，塑性铰的出1．0m，采用40号混凝土。设计地震烈度为7度，按现使结构的周期延长，从而减小地震所产生的惯8度设防。性力f21。桥44500为了保证非线性抗震设计的安全性，必须对结构进行抗震能力验算。目前对于钢筋混凝土墩柱，可以用强度破坏准则验算抗剪强度，而用非线．性破坏准则验算弯曲非线性能力。减震装置可以用不同的材料、不同的耗能减iT0们1震机制和不同的构造。桥梁的减震装置通常是由隔离器和阻尼器组成，置于梁体与墩台之间。隔离图1吉林兰旗松花江大桥(单位：cm)器的作用是对桥梁结构提供柔性支承，调整被隔1．2

4、非线性时程分析方法离桥梁结构的固有周期，使其避开地震能量集中本文采用分析软件MIDAS对斜拉桥进行动力的范围，减小地震引起的地震力。本文选择的液压分析。分析模型中桥面系采用脊梁模式模拟【31，拉阻尼器，通过调整阻尼器刚度系数得到最佳减震索用桁架单元模拟，主塔采用空间梁单元模拟。地参数。震反应分析采用时程分析方法，地震波选用El1工程概况及非线性时程分析方法Centro地震波。在地震作用下，斜拉桥易于损坏的部位为桥塔1．1工程概况受力最大或相对薄弱的位置，完全延性或有限延吉林兰旗松花江大桥为双塔双索面预应力混性抗震设计是将桥墩或塔的某些部位(通常是桥凝土斜拉桥，跨

5、径布置为102．5m+240m+102．5ITI，墩或塔底部)设计的具有足够的延性，通过在结构见图l。索的横向间距1．1m，塔、墩固结，主梁支承选定部位的塑性变形来抵抗地震作用。本桥塑性半飘浮体系，桥塔柱截面采用矩形空心断面，横桥铰设置在塔底。收稿日期：2015—04—10《公路桥梁抗震设计细则》(JTG／TB202—01作者简介：尹华(1983一)，男，河南南阳人，硕士，工程师，从事桥梁—2008)t4~对截面的等效屈服曲率定义如图2所示，工程设计工作。76桥梁结构城市道桥与防洪2015年7月第7期将曲线等效成理想弹塑性的双线性模型，初始弹弹塑性分析，利用纤维

6、材料的应力一应变关系和截面应变分布形状假定较为准确的截面弯矩一曲性段定义为原点与受拉钢筋首次屈服点(，M)的率关系，并且考虑轴力引起的中和轴变化的影响。连线，等效屈服曲率通过调整塑性段水平线的位根据规范要求，当设防烈度为8度时，罕遇地置使两块阴影部分的面积相等确定，等效屈服点震E2最大地震波加速度可以取到0．3g，重要系为(，My)，计算中应考虑最不利轴力组合。数为1．7，因此地震波加速度峰值取0．51g。经计算，在罕遇地震(E2地震)纵向激励作用下，本桥梁端顺桥向位移最大值为0．352ITI，塔顶顺桥向位移最大值为0．428113，索塔塔底塑性铰处顺桥向弯矩最

7、大值为4．55X10N·ITI，塑性铰转角最大值为0．0028rad。此时，顺桥向梁端位移、塔顶位移、塑性铰弯矩和塑性铰转角的地震时程反应如图4～图7所示，墩底塑性铰的滞回曲线如图8所示。O_4O0．20图2等效屈服翠足义0．O0塑性铰长度Lp可按照《公路桥梁抗震设计细彗o．20则》规定取值，即取下列两式计算结果的较小值。—0．40厶=O．08L+0．O02ffl,~0．044ffl,(1)图4纵向激励下梁端顺桥向位移反应时程寺(2)0．60LL互&曩0．40式中：L为水平地震惯性力作用位置的高度；h为20截面的高度、分别为纵向钢筋的屈服强度和I八．九／＼．／^

8、＼．八／_＼八趟O·O0