双柱固结墩桥梁抗震分析.pdf

《双柱固结墩桥梁抗震分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、器桥梁工程BridgeEngineering幸芊(中机中联工程有限公司，重庆400039)摘要：以汶川地震灾后重建项目为研究背景，对双柱式固结墩抗震的特殊性进行比较分析，利用有限元数值模拟的方式，分析了特征值的要点，并通过比较弯矩一曲率曲线方法和静力弹塑性分析法(Pushover)求解双柱固结墩的计算结果，得出该类桥梁抗震计算的推荐方法。关键词：桥梁；地震响应；弯矩一曲率曲线；静力弹塑性；屈服弯矩中图分类号：U442．55文献标志码：B文章编号：1009—7767(2014)03—0076—04SeismicAnalysisoftheBridgewithFix

2、edDoubleColumnPiers我国近年特大地震频发．汶川地震后又相继发生玉树、雅安地震，7．0级以下主震及余震更是连绵不断，带来无法估计的损失。许多学者做了大量的研究，但怎样兼顾地震作用下安全和经济性依然难度较大。笔者采用数值模拟方法，运用MIDAS软件建立有限元模型，研究地震作用下双柱式固结墩桥梁的响应规律：根据规范JTG／TB02—01—2008对双柱式桥墩计算屈服弯矩的建议，比较了不同计算方法计算双柱式固结墩的结果，提出相应的结论。1项目背景某工程属于汶川地震灾后重建项目，工程地点位于四川省广元市。场地处于龙门山地震带内，根据1990年版《中国地

3、震烈度分区图》与GB18306--2001《中国地震动参数区划图》国家标准第1号修改单规定，场地地震基本烈度为Ⅶ度，地震动峰值加速度0．10g，地震动反应谱特征周期为0．40s。桥梁纵轴线呈曲线布置，R=150m，桥跨布置为2跨预应力连续箱梁，即5in(桥台)+25m+25m+5．0m(桥台)=60．0m，桥梁起始端斜交角度为8。，桥梁终点端斜交角度为11。。桥面布置为2．5m(人行道)+7．6m(车行道)+2．5m(人行道)=12．6m。该桥上跨河流，采用预应力箱梁桥的结构形式。桥墩采用双柱式，墩梁固结。2动力反应分析方法2．1动力分析模型刚度模拟建立桥梁动

4、力分析模型时．结构类型需要采用3D，76辛荭投木2014No．3(May)V01．32主梁、桥墩、支座(边界连接)都需要模拟出来。程序中目前提供2种阻尼的计算方法：1)直接输入各振型阻尼。所有振型也可以采用相同的阻尼，混凝土结构阻尼比一般取0．05，钢结构一般取0．03。2)质量和刚度因子法(一般称为瑞利阻尼)，非线性分析时会采用瑞利阻尼。板式橡胶支座可以用线性弹簧连接单元模拟，活动盆式支座可以用摩擦摆隔震装置来模拟。该桥采用板式橡胶支座。典型的桥梁动力空间计算模型和动力方程【l】如图1、2所示。图1桥梁动力空间计算模型2．2动力分析模型质量模拟动力分析模型质

5、量的模拟方法：1)一致质量矩阵；2)集中质量矩阵。一致质量矩阵的质量按实际分布情p∽=圃+匝如+圆高bl⑩弹』力阻』力惯主力历刁几·≯≮·上,----o---二h'“‘¨⋯·h1^-川叫¨一，khl}-{^、I●-●⋯，■Z：，：⋯^=“^=ci』=nm况考虑，集中质量矩阵假定单元的质量集中在节点上，这样得到的质量矩阵是对角阵。一般情况下两者给出的结果相差不多．因为质量矩阵积分表达式的被积函数是插值函数本身的平方项，而刚度矩阵是插值函数导数的平方项，因此在相同精度要求条件下，质量矩阵可用较低阶插值函数．而集中质量矩阵正是这样一种替换方案。集中质量矩阵还可以减少

6、方程自由度，另外一致质量矩阵求出的是结构自振频率的上限。2．3特征值分析方法常用的特征值分析方法有：1)子空间迭代法；2)Lanczos方法；3)Ritz向量法。子空间迭代法求出结构的前r阶振型，而Ritz向量法求出的是和激发荷载向量直接相关的振型。因此用振型分解反应谱法和振型叠加法进行结构动力分析时，一般建议采用Ritz向量法，因为通常情况下，采用Ritz向量法获得的质量参与效果最佳[引，而特征值向量法分析适合于研究各振型出现的先后顺序。如果分析后振型参与质量达不到规范所规定的90％，则需适当增加频率数量重新进行分析。3有限元数值模拟3．1有限元计算模型计算

7、参数如下：桥梁抗震设防类别为B类：抗震设防措施等级为Ⅶ度，0．1g；特征周期0．4S；抗震重要系数最为1．3；场地类别为Ⅱ类；按照第2节所述的方法建立有限元模型，由于桥梁为墩梁固结，需要将桥梁上部结构也建立在模型中；并考虑了桥梁处于平曲线上的平面线性特点；桥台支座按弹性连接模拟支撑刚度。有限元模型见图3。3．2桥梁整体模型特征值分析特征值分析方法：Ritz向量法，X、y、Z方向各10组初始向量。质量参与系数计算结果见表1。综上，采用Ritz向量法计算得到UX质量参与率合计99．99％，UY为100％，UZ为99．94％。可以认为，桥梁工程器BridgeEngi

8、neering图3有限元计算模型表1质