钢混组合结构斜拉桥抗震性能分析

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1、2014年6月第6期城市道桥与防洪桥梁结构67钢混组合结构斜拉桥抗震性能分析骆春雨1,2，薛新峰，李雪莲。，刘聪(1．同济大学，上海市20~92；2．天津市市政工程设计研究院，天津市300051；3．天津城建集团总包公司，天津市300050)摘要：对一座塔墩固结、塔梁分离式的半漂浮体系钢混组合结构斜拉桥进行了抗震性能分析，采用有限元SAP2000软件建立了主桥合理空间非线性动力模型，并计算了结构的动力特性；采用非线性时程方法进行主桥结构地震反应分析，并研究了钢混组合结构斜拉桥在两种设防水准地震输入下的抗震性能，为桥梁抗震设计提供一定的参考依据。关键词：

2、钢混组合结构斜拉桥；塔墩固结；抗震分析；配筋率中图分类号：U448．27文献标识码：A文章编号：1009—7716(2014)06"0067—041工程简介表1模型边界及连接条件本文分析依托于唐山市一座钢混组合结构斜拉桥⋯，桥梁总长195m，主跨110m，边跨85m，桥宽42m，桥塔总高75m。桥梁结构形式采用单塔双索面、塔墩固结、塔梁分离的半漂浮体系。由于唐山市位于华北地区地震活跃地带，地震基本烈度为8度，对抗震性能要求较高。进行正确的抗震分析，对确保大桥抗震安全性具有非常重要的意义12,31。注：1．表中x为纵桥向，Y为横桥向，z为竖向；2．0表示

3、自由，1表示主从或固结，s表示弹簧约束。2斜拉桥动力特性分析2．1建立斜拉桥线性动力模型本文采用SAP2000有限元程序，建立斜拉桥主桥以及与之衔接的左侧引桥的动力空间计算模型。有限元计算模型以顺桥向为x轴，横桥向为Y轴，竖向为z轴。主梁、塔柱、墩柱均采用空间的梁单元模拟，斜拉索采用空间桁架单元。承台模拟为质点，赋予承台质量，并与墩底和桩基顶部节点形成主从连接。各桥墩处的桩基础采用一个6×6i弹簧模型加以模拟。二期恒载等效为线图1主桥有限元计算模型质量均匀施加主梁上。塔与梁采用固结体系，模摩擦力F型中各部分约束条件详见表1，动力计算模型见图1。2．2建

4、立斜拉桥非线性动力模型滑动位移在线性动力模型基础上建立主桥非线性动力模型，主要考虑了连接墩上活动支座纵向滑动摩擦效应。活动支座纵桥向的摩擦效应可以近似采图2主桥计算模型基本动力特性用理想弹塑性连接单元进行模拟，其典型恢复力恒载轴压力Ⅳ乘以动摩擦系数，动摩擦系数对所模型见图2。有滑动摩擦支座均取0．02，即：Fy=N×O．02；初图2中屈服力Fy(即滑动起始摩擦力)取支座始刚度为屈服力与屈服位移(即滑动起始收稿时间：20l4—02—13静位移，取6y=0．002m)之比：K=Fy=Ⅳ×作者简介：骆春雨(1980一)，男，天}t人，工程师，从事桥梁设计T作

5、。0．02／0．002=10×N(kN／m)。68桥梁结构城市道桥与防洪2014年6月第6期的地震反应小于等效屈服弯矩，边墩位移小于容3主桥动力特性计算许位移。根据所建立的非线性斜拉桥动力计算模型，桥墩、桩基的初始屈服弯矩为截面最外层钢筋进行主桥结构动力特性分析，得出主桥前20阶振首次屈服(考虑相应轴力)时对应的弯矩，而等效屈型周期、频率和振型特征【4]，见表2。服弯矩为根据截面分析(考虑相应轴力)，把截表2主桥计算模型基本动力特性面M—曲线等效为双线性所得到得等效屈服弯矩，见图30．0000．01000200030X—AxisCurvature·l／

6、m图3截面等效屈服弯矩计算示意图根据在恒载和地震作用下的轴力组合对主桥各桥墩与最不利受力桩的控制截面进行M一分析，得出各控制截面的初始屈服弯矩和等效屈服弯矩，进行结构的抗震性能验算。在计算初始屈服弯矩和等效屈服弯矩时，对相同尺寸和相同配筋的截面，取恒载和地震组合轴力的最小值进行初始屈服弯矩的计算。在E2地震作用下，对于已进入塑性工作状态的边墩，应保证其具有足够的延性，根据《公路4主桥结构抗震性能分析桥梁抗震设计细则》规定，规则桥梁可按下式验算桥墩墩顶的位移：根据该桥的重要性和桥墩结构特性，采用非△d≤△(1)线性时程反映结果并按表3的设防标准对主桥结式

7、中：△广E2地震作用下墩顶的位移；构进行抗震性能验算。地震反应分析时分别采用△——桥墩容许位移。El地震作用(50a超越概率10％)、E2地震作用(50aS越概率2％)两种设防水准反应谱，并取3单柱墩容许位移按式(2)计算：1r条波的最大值作为最终输出结果。地震输人方式△=÷H×6y+(H一兰})×0(2)jj为：(1)纵向+竖向；(2)横向+竖向两种方式。采式中：——塑性铰区域的最大容许转角，按式用弹性反应谱分析方法，计算中取前500阶，按(3)计算。CQC方法进行组合。Ou=Lp(一)(3)表3滨河北大桥抗震性能目标与设防准则式中：．——截面等效屈

8、服曲率；结构．眭能要求结构校核目标——极限破坏状态的曲率，可以通过截面的轴力一弯矩一曲率(P—