大跨径钢管混凝土拱桥抗震性能分析

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1、大跨径钢管混凝土拱桥抗震性能分析摘要：以紫阳汉江特大桥的上承式钢管混凝土拱主桥为研究对象，建立三维有限元模型对其进行了时间历程法抗震性能分析，并对该桥进行了延性抗震设计和减隔震设计研究。关键词：钢管混凝土拱桥；时程法；塑性铰法；延性设计；减隔震设计中图分类号：TV331文献标识码：ASeismicPerformanceAnalysisofaLargeSpanConcreteFilledSteelTubeArchBridgeWangWei（ShanxiRuiteHighwayEngingeeringTechnologyCo.Ltd.，ShanxiXi’an710065Chi

2、na）Abstract:Adeckandlargespanarchbridgewithconcretefilledsteeltubeofziyanghangjianbigbridgewasstudiedinthispaper,andthedynamiccharacteristicsofthisarchbridgearecalculatedandanalyzedbyusingathree-dimensionalfiniteelementmode.Inaddition,3Dseismicresponseofthisbridgeisstudiedbymeansoftimehis

3、torymethod,andthentakenseismicductilitydesignandseismicisolation6designtoreduceseismicresponseofthisbridge.Keywords:concretefilledsteeltubulararchbridge;timehistoryanalysis;plastichingemethod；seismicductilitydesign;seismicisolationdesign曾有文献对钢管混凝土拱桥的抗震性能进行过研究，并得出一些有益的结论，文献[1]针对几座特定的拱桥作了一些

4、简要介绍，很有参考价值和实际意义，本文则以紫阳汉江特大桥钢管混凝土拱主桥为分析对象，在详细分析讨论其地震反应性能的基础上，进一步研究了该桥的延性抗震设计和减隔震设计，旨在给大跨度拱桥抗震设计提供参考。1.工程概况紫阳汉江特大桥主桥为跨径330m上承式钢管混凝土拱桥，桥面全宽24.5m。主拱圈计算矢跨比为1/5.5，拱轴线为悬链线，拱轴系数ｍ=1.347。拱上立柱纵向间距为20.58米，横向采用四柱式，采用钢结构。行车道板采用20米先简支后连续的混凝土箱梁。2.动力分析模型的建立分别采用了ansys和midas建立该桥的有限元模型，见图1。全桥共划分了1446个节点，248

5、2个单元。图1空间有限元模型63.弹性时程分析采用加速度峰值为0.2g的四十秒地震波对该桥进行弹性时程分析，并在此基础上对各个杆件进行抗弯能力分析，计算了各个杆件在最大轴力作用下的屈服弯矩。表1弹性时程分析不同激励下的最大轴力单位：kN表2弹性时程分析不同激励下的最大弯矩单位：kN.M分析表1、表2可以看出:不同方向地震激励对钢管混凝土拱桥作用的内力结果有很大差异，对于面外刚度小于面内刚度的钢管混凝土拱桥的主拱圈来说，横桥方向地震激励产生的内力要远大于纵桥方向和竖向地震激励产生的内力，而对于立柱纵桥方向地震激励产生的内力最大。表3屈服杆件的屈服弯矩单位：kN.M抗弯能力计

6、算结果表明：绝大部分横撑（拱脚截面~3L/8等截面）在三个方向的激励下都发生了屈服，少部分腹杆（拱脚截面~2L/8等截面）在纵向和横向激励下发生了屈服，5号和12号立柱在纵向激励下发生了屈服。4.弹塑性时程分析6为了增加结构的延性，将屈服的横撑和腹杆采用纤维单元，并将原设计的Q345钢改用Q235钢，再将板式橡胶支座换为铅销橡胶支座进行隔震设计。对模型进行弹塑性时程分析，将水平激励下主拱圈不同位置截面的内力、拱顶位移及相应响应频率和顺桥向激励下立柱柱底最大弯矩列出，并与弹性时程分析的计算结果比较。①．横桥向地震激励下主拱圈不同位置截面的最大轴力及相应时刻的弯矩和剪力表4横

7、向激励下拱肋弹性时程分析结果表5横向激励下拱肋弹塑性时程分析结果②顺桥向地震激励下柱底最大弯矩表8顺桥向激励下立柱弹性时程分析结果表9顺桥向激励下立柱弹塑性时程分析结果③横桥向激励下的跨中位移及响应频率④顺桥向激励下的跨中位移及响应频率图2弹性时程分析拱顶的横桥向位移图3弹塑性时程分析拱顶的横桥向位移图4弹性时程分析主梁跨中横桥向位移6图5弹塑性时程分析主梁跨中横桥向位移图6弹性时程分析拱顶顺桥向位移图7弹塑性时程分析拱顶顺桥向位移图8弹性时程分析主梁跨中顺桥向位移图9弹塑性时程分析主梁跨中顺桥向位移通过弹性时程分析和弹塑性时