横梁屈服对斜拉桥横向地震反应的影响.pdf

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1、华南理工大学学报(自然科学版)第42卷第5期JournalofSouthChinaUniversityofTechnologyVO1．42NO．52014年5月(NaturalScienceEdition)Mav2014文章编号：1000—565X(2014)05—0084—06横梁屈服对斜拉桥横向地震反应的影响木夏修身李建中徐艳嵇冬冰(1．同济大学土木工程学院，上海200092；2．兰州交通大学土木工程学院，甘肃兰州730070)摘要：未来地震的强度具有不确定性，在超设防地震下，斜拉桥的桥塔横桥向有可能进入非线性状态．基于某大跨度斜拉桥，文中建立了空间有限元模型，分析了强震

2、下横桥向的地震反应，引入能力与需求之比来判断横梁是否进入屈服状态．同时，采用纤维梁单元模型模拟横梁的非弹性行为，重点研究了横梁屈服对斜拉桥横桥向整体抗震性能的影响．结果表明：斜拉桥横梁的能力与需求之比较小，将其按延性抗震设计比较合理；横梁的地震轴力变化较大，对横梁的屈服弯矩有较大的影响；横梁屈服后对斜拉桥的横向地震反应有较大的影响，可能会增大塔底弯矩，设计中需要考虑．关键词：斜拉桥；横梁；地震反应；纤维截面梁单元中图分类号：U442．55doi：10．3969／j．issn．1000—565X．2014．05．013斜拉桥兼有外形优美、结构形式优良与造价剥落和裂缝延伸现象，桥

3、塔进入了非弹性状态。1引．相对低廉的特点，在桥梁建设中有着不可替代的文献[5]中指出，桥塔纵桥向进入非弹性后对桥梁作用¨]．斜拉桥的抗震性能与其纵、横桥向的结构结构整体的抗震性能有着重要的影响．尽管国内的体系直接相关j．可以选择对抗震有利的结构体大跨度斜拉桥在设防烈度内采取保守的基本弹性抗系，能利用边墩、辅助墩进行塑性耗能，还可以采震设计，但发生地震的强度具有不确定性，随着地震用减隔震支座、粘滞阻尼器等措施，斜拉桥顺桥向区修建的斜拉桥越来越多，其面临强震的威胁也越的抗震问题已得到初步解决J．斜拉桥横桥向通来越大．过抗风支座限制梁与塔的相对运动，在过渡墩与横桥向受框架效应的影响

4、，桥塔横梁的地震辅助墩上利用限位装置约束主梁的相对运动．尽弯矩较大，其按基本弹性设计比较困难．为此，文管这种约束体系下斜拉桥横桥向的地震响应非常中提出了桥塔横梁按延性抗震设计、塔柱按能力大，但由于在斜拉桥横桥向抗震研究方面的不保护设计，从利用桥塔横梁耗能减震的角度出发，足。。，对桥塔在强震下的破坏机理及塑性耗能机重点研究横梁屈服对斜拉桥横桥向整体抗震性能制的认识尚不清楚，故规范[11]建议对桥塔仍采的影响．用基本弹性设计，即配置大量的纵向钢筋，利用自身的强度抵抗横桥向的地震作用．而尺寸相对较1动力分析模型小的辅助墩及边墩可利用塑性铰区的延性抵抗横桥向的地震作用．1．1基本分析

5、数据1999年台湾集集地震中即将竣工的集鹿大桥跨度在200～400m范围内的H型钢筋混凝土遭受了严重的破坏，桥塔底部出现了严重的混凝土桥塔斜拉桥数量最多]．故文中以某跨径布置为收稿日期：2013—04．03基金项目：国家“973”计划项目(2013CB036302)；国家自然科学基金资助项目(51278371，51368033)作者简介：夏修身(1978一)，男，博士后，副教授，主要从事桥梁抗震研究．E-mail：xiaxiushen@mail．1zjtu．CB十通信作者：李建中(1963一)，男，博士，教授，主要从事桥梁抗震研究．E-mail：lijianzh@tongji

6、．edu．cn第5期夏修身等：横梁屈服对斜拉桥横向地震反应的影响(60+70+380+70+60)m、全桥总长为640133的表1模型边界条件Table1Boundaryconditionsofmodel半漂浮体系斜拉桥为研究对象(见图1)．该桥的主梁为扁平箱梁，桥面宽33．5m，采用H型钢筋混位置YZRRvRz凝土桥塔，两索塔等高度，桥塔中设置两道横梁，塔与梁0l1001辅助墩与梁011001见图2．边墩与梁01100l380承台底ffffff1．3地震动输入1．一LJ分析强震下横梁是否进入屈服状态时，选取桥址场地5O年超越概率为2．5％的3条安评地震波0llIlIlI作为

7、地震动输人．研究横梁屈服对斜拉桥横桥向整体抗震性能的影响时，除选取1条安评地震波(见图1斜拉桥的总体布置图(单位：m)Fig．1Coveralllayoutofcable—stayedbridge(Unit：m)图3)外，还选取了两条强震记录(1940年ImperialValley地震E1Centro记录和1952年KernCounty地震Taft记录)，其震级、地面峰值加速度(PGA)、地面峰值速度(PGV)和地面峰值位移(PGD)见表2．由于E1Centro记录的幅值与安评波的相近，分析时表2中所示