大跨斜腿刚构桥地震易损性分析.pdf

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1、第28卷第3期土木工程与管理学报Vol_28No．32011年9月JournalofCivilEngineeringandManagementSep．2011大跨斜腿刚构桥地震易损性分析郑成龙，龙晓鸿，彭元诚2，姜维，廖萍(1．华中科技大学a．土木工程与力学学院，b．控制结构湖北省重点实验室，湖北武汉430074；2．中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北武汉430056；3．江苏泛亚联合建筑设计有限公司，江苏无锡214005)摘要：针对北盘江预应力混凝土连续刚构桥给出了桥梁易损性曲线的系统性分析方法。采用有限元分析软件SAP20

2、00一V14进行有限元模拟及对每个地震一桥梁样本进行非线性时程分析，建立了以PGA为变量的结构需求概率函数。根据地震作用下塑性铰的曲率延性指标进行抗震性能水准划分，给出了桥梁结构的易损性曲线，从而为桥梁结构基于性能的抗震设计提供基础，对实际工程抗震能力评价有一定的借鉴意义。关键词：地震；连续刚构；有限元；易损性曲线；曲率延性中图分类号：U442．5文献标识码：A文章编号：2095-0985(2011)03-0391-04桥梁是交通系统中的重要枢纽结构。由于其桥部分总长度为895113，桥跨布置为82．5+220+上重下轻的结构模式以

3、及较大的高宽比，在地震290+220+82．5113。上部结构采用连续变截面现作用下是易损坏的。公路桥梁的地震易损性通常浇混凝土箱梁，宽度为10．5In，由钢筋混凝土桥可以用易损性曲线表示，这些曲线可以表示在不墩支撑，主墩的高度分别为75m、90m、143m、68同强度地震作用下结构反应超过破坏阶段所定义m，均采用双肢薄壁空心截面，其中中间两对桥墩的结构承载能力的条件概率。目前，国际上普遍采设有空腹斜腿以提高根部刚度。桥台部分的支撑用的桥梁易损性分析方法主要有经验统计法和理论类型为简支。桥墩的纵向配筋主要采用直径32分析法。Baso

4、z和Kiremidjian基于Northridge地inm，28mm，20mm的HRB335钢筋，横向箍筋为震后得到的桥梁损伤数据，进行桥梁分组后采用直径为16mm和20mm的HRB335钢筋。逻辑回归分析建立了经验易损性曲线。Hwang和Huo_2提出了一种基于结构动力行为的数值模拟方法，建立了理论易损性曲线。但是目前的地震一桥梁系统非线性时程分析方法普遍采用墩的位移／!延性比作为评价桥梁损伤程度的指标(Hwang和刘晶波)，根据梁智壶的研究成果，对于大跨图1主桥桥型布置图／cm薄壁高墩连续钢构桥，位移延性比并不能准确地1．2有限

5、元模拟反映桥梁的破坏情况。本文根据地震作用下塑性本文中采用大型有限元分析软件SAP2000一铰的曲率延性指标进行抗震性能水准划分，给出V14进行有限元模拟，模型的三维整体视图如图了大跨斜腿刚构桥结构的易损性曲线。2所示。模型的模态分析见表1。上部结构与桥墩均采用梁一柱单元模拟，采用Nllink单元模拟结1工程概况与桥梁有限元模拟构的非线性行为。假定结构非线性行为主要发生在墩顶和墩底潜在的塑性区域以及斜腿端部，塑1．1工程概况性铰的具体编号见图3，桥墩其余部分以及上部文本分析对象北盘江特大桥为预应力混凝土结构梁单元在地震作用下均保持弹

6、性。另外，桥悬浇空腹(斜腿)式连续刚构桥(如图1所示)，主收稿日期：2011-06—15作者简介：郑成龙(1988一)，男，湖北武汉人，硕士研究生，研究方向为桥梁抗震和建筑隔振(Email：santos1988@126．corn)基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金(201lQN181)，贵州省交通厅科技项目资助·392·土木工程与管理学报2011正墩顶部与上部结构采用刚性单元连接(如图4所到：示)。yy，(L1)其中，和分别为截面第一根钢筋屈服时对应的弯矩和曲率。塑性铰长度。采用Priesley的经验公式得到：L。=0．08L

7、+0．022f,a6ft>0．0d(2)￡为最大弯矩点到桥墩反弯点的距离，d为纵向钢筋的直径。图2有限元模型三维整体视图由此可以得到每个截面的弯矩．转角关系，其表1模型的模态分析中转角=。●l／混凝土纤维钢筋纤维——IIIIIlIlllIllIII11IlI1IlI1llIIllIlllllI图3塑性铰编号示意图一·＼臂：＼斜腿}一＼桥墩墩底塑性铰．＼．图6桥墩的弯矩一曲率曲线图4单兀连接不意图2结构易损性分析1．3塑性铰设置桥墩的每种截面的弯矩一曲率曲线通过软件本文选取了2O条远场地震波，按照随机抽样SECTIONBUILDER计

8、算得到，将钢筋和混凝土离对20条地震波地震加速度峰值(PGA)进行调整，散为纤维，假设纤维之问完全粘结，且满足平截面PGA广泛分布于0．1g一1．dg，共计140个工况。假定(如图5所示)。非线性特性由纤维的非线在SAP2000中定义