大跨度斜拉桥地震响应分析

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1、大跨度斜拉桥地震响应分析盛建军罗媛媛广东省公路建设有限公司广东广州510600摘要：建立三维桥梁计算模型，运用大型计算软件分别采用反应谱法、时程分析法分析桥梁各关键部位的内力、位移及了解掌握该类桥在地震响应中的结构特性和受力行为。关键词：斜拉桥；地震响皮大跨径斜拉桥作为高次超静定柔性结构，其地震响应十分复杂，总表现出明显的三维性和强烈的弯扭耦合特点，目前国内外都是采用确定性方法和非确定性（或概率性）方法两大类来进行分析研究，木文以某斜拉桥为例，通过大型有限元程序ANSYS建立模型，算出该桥的结构特性，采用反应

2、谱法、时程分析法分析桥梁受力行为。1工程概况与模型建立该桥为双塔双索面钢箱梁斜拉桥，孔跨布置为（70.5+215.5+680+245.5+70.5）m（见图1）,主桥长1282m,两边跨各设一个辅助墩。图2结构计算模型根据目前提倡的两水平的抗震设计方法，木文选择100年10%（100年超越概率水平10%,即P1概率）和100年2%（100年超越概率水平2%,即P2概率）两个概率水准进行计算。根据两水平的抗震设计方法，国内对桥梁抗震分析的一贯思路及文献的建议，桥梁抗震分析时釆用P1概率水平进行强度验算，采用P2

3、概率水平进行延性及位移验算，木文也按该原则进行。计算工况为：工况一：纵向+竖向工况二：横向+竖向利用有限元结构分析程序ANSYS对该桥成桥状态的动力特性进行分析计算。限于篇幅，本报告中仅列出该桥成桥状态前10阶自振频率及相应的振型的描述（见表1）;给出相应的前4阶振型图（见附图3〜6）。表1模型前10阶自振频率及相应的振型图5第三阶振型图6第四阶振型2结构计算方法（1）反应谱法在结构动力特性分析的基础上，对该桥进行了地震反应计算分析。参考曰本抗震规范规定，桥梁抗震分析中其无量纲振型参与系数的总和应大于0.95

4、。另外,对大跨桥梁进行地震反应谱分析吋，高阶振型的影响较大，经计算，对于本桥参与计算的振型阶数达240阶吋才能满足上述要求，结构阻尼比取0.03。计算所用的反应谱均为桥位处基岩的反应谱。按反应谱理论计算各质点的地震力，并求解桥梁结构的有限元方程，然后用SRSS方法进行各振型计算结果的组合，求得总响应。根据地质勘探结果，工程场地可视为自由基岩场地，建筑场地类别为I类,为抗震有利地段。场地100年超越概率10%、2%的基岩水平峰值加速度为53、99伽，规准后的反应谱曲线见图7〜8,其表达式如下：图10P2概率加速

5、度时程曲线3计算结果由于计算结果较多，限于篇幅,本文截面内力分析选取主墩墩底，边墩墩底、辅助墩墩底，位移分析选取主塔塔顶、跨中位移、梁端位移；计算结果汇总见表3〜6表3工况一各截面内力计算结果表明主塔墩墩底的最大地震内力均远大于辅助墩、边墩墩底的最大地震内力，该桥地震力主要集中在中间塔墩上，边墩、辅助墩承担的地震力的比例较小；从两种概率设防水平的计算结果中可以看出P2概率明显比P1概率的结果大，这就表明在地震采用两水平设防是有必要的，用P1概率进行截面设计，P2概率进行内力、位移的验算与核对；结果还表明，采用

6、常规反应谱法、时程分析法分析得到的结果基本一致。4结论及建议针对该桥抗震性能，通过反应谱反析和时程反应分析，可能得出如下结论与建议：1、从P1概率水平的内力响应结果可知，该桥的动态吋程反应分析所得的结果与反应谱分析结果相差不大，因而计算结果是合理的，但从P2概率水平下的位移计算结果来看两者个别响应值有较大差距，这是由于反应谱分析假定结构是线弹性范围内工作而吋程反应分析是考虑了非线性之故。2、由于动态吋程反应分析与反应谱法对计算结果的组合方式不同，同吋动态时程反应分析考虑了非线性的影响，而反应谱分析是基于线性的

7、，因而吋域和频域计算结果间的差异是正常的。3、上述计算中，地震动输入分别沿二个水平轴和一个竖直轴进行，并分别计算得相应的最大值。在实际地震吋，地震方向一般不会恰好与桥轴重合(或垂直)，各方向的作用也不一定同时达最大值。即说明前面计算结果偏于安全。4、根据P1概率水准地震响应的计算结果进行强度分析，在P1概率水平地震作用下结构仍处于弹性状态工作，经对计算结果进行初步验算，该桥各典型截面强度能满足要求。参考文献：[1】中华人民共和国行业推荐性标准.公路桥梁抗震设计细则(JTG/TB02-01-2008)[S].北

8、京:人民交通出版社，2008.[2】胡聿贤.地震工程学.地震出版社，1988[3】范立础.桥梁抗震[M].上海：同济大学出版社，1997.[4]ANSYS,Inc.ANSYS动力学分析指南[M].ANSYS公司成都办事处，2000.[5】叶爱君，胡世德，范立础.斜拉桥抗震结构体系研究[」].桥梁建设，2002,32(4)：l~4.YEAijun，HUShide,FANLichu.Researchon