单跨混凝土曲线梁桥地震反应简化计算方法

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1、第28卷第3期土木工程与管理学报V01．28No．32011年9月JournalofCivilEngineeringandManagementSep．2011单跨混凝土曲线梁桥地震反应简化计算方法孙颖，谷音，卓卫东(福州大学土木工程学院，福建福州350108)摘要：曲线梁桥兼具建筑美学以及能很好地适应地形、地物限制条件的优点，在国内外城市高架桥梁、立交工程及高等级公路中得到了广泛应用。然而，历次破坏性地震中，曲线梁桥屡有出现严重震害甚至垮塌的现象，表明其抗震设计问题迄今未得到很好的解决。本文以公路单跨混凝土曲线梁桥为研究对象，建立基准有限元模型，通过参

2、数分析，系统研究了曲率半径、跨宽比、跨高比和跨径等主要设计参数对单跨曲线梁桥地震反应的影响规律，进而给出单跨曲线梁桥可采用“以直代曲”方法进行地震反应简化计算的条件，并提出适用于不规则单跨曲线梁桥地震反应的简化计算方法。关键词：曲线梁桥；地震反应；参数分析；简化计算方法中图分类号：U441．3文献标识码：A文章编号：2095-0985(2011)03-0276-06自1971年美国SanFernando地震爆发之后，关于曲线梁桥抗震性能的研究开始引起研究者的1基准有限元模型极大关注。研究人员分别从数值分析方法¨、地震动输人口以及参数分析7’等方面人手，

3、选择某一典型的公路单跨混凝土曲线箱梁桥对曲线梁桥的地震反应特性进行了深入研究。通作为基准桥梁，其设计参数如下：桥梁计算跨径过研究发现，曲线梁桥的地震反应远比直桥复杂，=30m，曲率半径R=80m，单箱单室结构，箱梁但又呈现出一定的特点，这一特点突出表现在部顶、底板宽度分别为8．0m和4．0m，高1．8m；箱分曲线梁桥可以采用“以直代曲”的方法(即采用梁材料为C40混凝土。在两端桥台处，各设置一相应的直线梁桥代替曲线梁桥)进行地震反应的道1m厚的横隔梁，并沿横桥方向布置两个400简化计算。因此，在一些国家现行的桥梁抗震设mm×800mm×107mm的板式

4、橡胶支座。计规范中，采用圆心角作为“以直代曲”简化计算根据上述基准桥的设计资料，采用双脊骨梁的判据，并给出了相应的定义“：例如，美国模型¨建立基准桥梁的动力有限元模型(图1)。AASHTO规范规定，对跨数在2～6跨之间的公双脊骨梁有限元模型的各参数取值见表1。路曲线梁桥，当其最大圆心角不超过30。时可视为规则桥梁，采用直桥的简化方法计算地震反应；新西兰规范⋯规定，当圆心角小于45。时，可以采●●用直桥的简化方法对曲线梁桥进行动力分析等。图1基准桥双脊骨有限元模型从这些规范规定可见，各国在圆心角限值的定义表1基准桥有限元模型各参数取值方面明显不一致。此外

5、，对于现行规范规定范围参数名称As／mly／n14Iz／m4s之外的曲线梁桥，能否采用简化方法计算结构的双脊骨模型2．2050．9583．5452．011．939地震反应，也值得深入探讨。本文以公路单跨混由于本文的研究对象为公路单跨棍凝土曲线凝土曲线梁桥为对象，建立其基准有限元模型，采梁桥，因此，在基准有限元模型中，不考虑下部结用参数分析方法，对其在两水准地震动作用下的构的影响，边界条件取为支座底部固结。结构地震反应进行分析，进而提出适用于公路单在罕遇地震作用下，结构的非线性主要表现跨混凝土曲线梁桥地震反应的简化计算方法。为支座的非线性。板式橡胶支座由

6、于橡胶材料本收稿日期：2011-06-30作者简介：孙颖(1981一)，女，辽宁辽阳人，助理研究员，博士，研究方向为桥梁抗震与减隔振(Email：14913083@qq．130111)基金项目：福州大学科研启动基金(0460~22374)；福建省高等学校新世纪优秀人才支持计划(TW2006-28)第3期孙颖等：单跨混凝土曲线梁桥地震反应简化计算方法·277·＼III量幽器身的耗能能力较小，恢复力与位移的关系曲线近曲线梁桥桥跨结构的端部连线方向作为结构的纵0加OmOOmO似于一条直线。因此，在进行有限元分析时，通常桥向(向)，与其垂直的方向定义为横桥向(

7、Y将板式橡胶支座的恢复力模型取为直线型，其形向)；地震动分别沿纵桥向和横桥向输入。式如下：F()=kx(1)3地震反应参数分析式中：为上部结构与桥台的相对位移；后为支座的等效剪切刚度。当支座承受的剪力超出其抗力本文在基准有限元模型基础上，通过分别改时，即认为支座已破坏。变曲率半径、跨宽比K、跨高比D及跨径等4个主要设计参数，来研究公路单跨混凝土曲线梁2输入地震动及地震动输入方向桥地震反应的变化规律。分析中做了一下假定：(1)不考虑预应力对结构地震反应的影响；(2)假假定桥梁位于三类场地，抗震设防烈度为7定在E1和E2两水准地震动作用下，结构破坏仅度，桥

8、梁抗震设防类别为B类。在进行地震反应出现在支座上；(3)假定横桥向无限位装置。分析时，根据场地