大跨度连续刚构桥的动力特性和地震反应分析.pdf

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1、器桥梁工程81idgeEngineering大跨度连续刚构桥的动力特性和地震反应分析唐小方1．马凤杰2(1．广东白云学院，广东广州510450；2．广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院，广西南宁530011)摘要：以某大跨度连续刚构桥为工程背景．建立有限元动力分析模型，对结构的动力特性进行了计算，并就桩一土一结构的相互作用对桥梁结构的影响进行了对比分析；根据设计反应谱合成了地震动加速度时程，采用反应谱法和线性时程法对连续刚构桥结构进行了地震反应分析．研究了在纵向、横向和竖向地震动作用下结构的地震反应特点，为该类结构的抗震设计提供相应参考。关键词：刚构桥；动力特性；地震反应；反应谱；时程分析中图

2、分类号：U448．23文献标志码：B文章编号：1009—7767(2013)04—0076—05AnalysisonDynamicCharacteristicandSeismicResponseofLong-spanContinuousRigidFrameBridgeTangXiaofang，MaFengjie大跨度连续刚构桥具有受力明确合理、跨越能力强、外观优美等优点，伴随着我国交通事业的发展，已成为广泛应用的桥梁结构形式。近年来，我国地震频发，作为生命线T程的桥梁结构如在地震作用力下发生破坏。将导致严重的次生灾害．危害人民群众的生命和财产安全。因此．对大跨度连续刚构桥的动力特性和地震反应特

3、点进行分析研究。探讨其在地震作用下的薄弱环节，为建立合理的抗震结构体系提供科学依据，这些都具有重要的现实意义【l-2I。笔者结合某主跨200m的连续刚构桥设计实例，建立起空间有限元动力计算模型，对该结构的动力特性进行了计算，采用反应谱法和线性时程方法对其在各向地震动作用下的结构反应特点进行了分析研究，以期为类似工程提供相应参考。1工程概况某大跨度桥梁为3跨预应力混凝土变截面连续刚构体系．跨径布置为106m+200m+106ITI，采用单箱单室截面，箱梁宽9．5ITI，翼缘板悬臂4．2Ill，全宽17．9m。箱梁高度按1．7次抛物线变化，根部高13．2Ill，端部及跨中高3．6m：箱梁底板厚度按

4、1．6次抛物线变化，根部厚1．3m，跨中厚0．35m，箱梁顶板厚0．28in，腹板厚度在0．6～0．7in之间。全桥在端支座和双肢薄壁墩处共设6道横隔板．另在中跨跨中截面附近设置加劲横隔板．以增加箱梁的整体受力性能。桥梁主墩76啼荭故木2013No．4(Jul．)V01．31为钢筋混凝土双薄壁墩，墩宽9．5ITI，薄壁厚度为2In，主墩采用承台配4排共12根桩径2．5In的钻孔灌注桩。大桥的总体布置见图1。，412图1桥梁总体布置图(n1)2计算模型与地震输入采用大型有限元程序建立连续刚构桥的动力计算模型(见图2)。模型中主梁、薄壁墩和桩基础均采用空间梁单元进行模拟．承台采用质量单元。共划分单

5、元340个，主梁变截面线形根据每个截面的形心轴确定。模型边界条件为边跨端支座竖向约束，主墩底嵌固，墩梁固结处采用刚性连接．承台中心与墩底以及桩顶采用刚臂连接【3】。考虑桩一土一结构的相互作用时，采用土弹簧单元模拟土的刚度【41，其刚度值采用“m法”计算得到。模型中结构的参数取值为：箱梁混凝土强度等级为C55，弹性模量E=3．55×104MPa．密度25kN／m3：主墩及桩基础混凝土强度等级为C40，弹性模量E=3．25×l04MPa，密度25kN／m3；重力加速度g=9．81m／s2。图2动力计算模型桥梁工程器Bridge霪羹9}ne霉魏羹雪一．一甍3动力特性对上述模型采用子空间迭代法计算得到

6、连续刚构桥的动力特性，表l给出了前10阶的频率、周期和振型特征，图5则为前4阶的振型图。采用反应谱法和线性时程法对该桥进行地震反应分析。根据JTG／TB02—01—2008((公路桥梁抗震设计细则》确定地震反应谱岬】，该连续刚构桥位于基本烈度6度区，按7度设防，Ⅱ类场地，结构重要系数取为1．7，场地系数取为1．0．阻尼比0．05。以设计反应谱为目标谱，采用三角级数法合成与其兼容的加速度时程．相位角为随机相位角。设计反应谱曲线和合成反应谱曲线见图3，可见二者较为吻合。水平合成加速度时程见图4，竖向加速度反应谱与水平加速度反应谱的形状一致．竖向加速度反应谱的峰值为水平加速度反应谱峰值的2／3。00

7、590．0091·0，、0．5迦三趣o·o恻量一0．5—1O23456周期／s反应谱曲线lO15时间，s图4水平合成加速度时程曲线表1桥梁前10阶自振频率和振型特点注：SSI表示桩一土一结构相互作用．a)第l阶振型(0．476Hz)b)第2阶振型(0．685Hzd)第4阶振型(1．059Hz)图5连续刚构桥振型图(考虑SSI)Z013-年4期(7一)第31拳4荭故术771鐾T一3●图0器桥梁工程B