大跨度悬索桥非线性地震反应响应规律探讨

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1、2012年5月第5期城市道桥与防洪桥梁结构87大跨度悬索桥非线性地震反应响应规律探讨李硕娇1,3，殷玉梅2,3，张雷，聂利英(1．上海市水利工程设计研究院，上海市2~061；2．潍坊市公路局，山东潍坊261~0；3．河海大学，江苏南京210098)摘要：以简支单跨体系的润扬悬索桥和双塔双跨的舟山西侯门大桥为工程背景，建立了非线性动力分析有限元模型。以悬索桥的主要承重构件主缆与主塔的响应为研究对象，选取四类场地共31条地震波对不同类型悬索桥进行非线性地震反应分析。分析表明，悬索桥桥塔在不同地震作用下的位移曲

2、线以及弯矩响应具有良好的一致性，与悬索桥桥型、地震震级无关；地震波中的长周期成分对具有长周期特性的悬索桥的结构响应有重要的影响；主缆动轴力比其恒载轴力小一个数量级，在结构的简化模型中可考虑忽略。关键词：悬索桥；地震；非线性；响应规律；频谱特性中图分类号：U448．25文献标识码：A文章编号：1o09—7716(2012)05—0087—051概述2研究条件悬索桥作为现代大跨度桥梁的重要结构形润扬长江公路大桥是连通镇江一扬州的跨越式，在政治、经济上占有非常重要地位。一旦在地长江的特大型桥梁工程，其中南汊为大

3、跨度悬索震中遭到破坏，将会直接以及间接导致生命财产桥(简称为润扬悬索桥)，北汊为大跨度斜拉桥，的巨大损失，因此进行正确的抗震设计研究，确保南北汊之间的引桥为连续梁桥。润扬悬索桥采用其抗震安全性具有重要的意义。目前桥梁的抗震设简支单跨体系，主跨1490m，主梁两端采用滑动计向着基于位移、性能的方向发展，我国城市高架支座支承在主塔的下横梁上。主梁采用封闭式流桥抗震设计中就提出基于位移的三级抗震设防原线型扁平钢箱梁，宽33．9m，中心线处梁高3m。则，在不同的设防等级下，需要满足不同的性能⋯。两根主缆横向间距为

4、33．9m，由平行镀锌高强钢在地震作用下，结构的响应与结构本身的特性、地丝索股组成，每根主缆面积为0．4735m2，连接主震动的频谱特性有很大的关系，因此对地震作用缆和主梁的吊杆纵向间距为16In。塔身采用门式框下悬索桥的响应规律进行研究是基于性能的悬索架混凝土结构，两根塔柱距离在塔顶处为34．3m、桥抗震设计中选择合理设计指标的基础I2】。塔根处为41．34m，呈直线变化，南塔高207．23m，悬索桥是由主缆、加劲梁、主塔、鞍座、锚锭、北塔高209．93m(不含鞍座高度)。每座塔设有吊索等构件构成的柔性

5、悬吊组合体系，主缆是结上、中、下三道横梁。构体系中的主要承重构件，是几何可变体系，主要西堠门大桥是舟山大陆连岛工程中规模最大承受张力作用；主塔是悬索桥抵抗竖向荷载的主的跨海特大桥工程之一，为大跨度悬索桥，跨越西要承重构件。因此，这两大承重构件在地震过程堠门水道，北连册子岛，与桃天门大桥相连，南接中的安全可靠性对悬索桥至关重要。相关研究表金塘岛，与金塘大桥相衔接，全程约5．3km，大桥明，结构的非线性特性的考虑与否将对其地震反长约2．6km。西堠门大桥主桥为两跨连续悬索应结果存在一定的影响l4I5l，且主缆

6、和桥塔的振动桥，主跨1650m，主桥在北边跨和中跨的主梁设计周期相差大_6l，而不同地震等级下主缆与桥塔的为连续加劲梁，因此加劲梁的连续长度为2228m。响应规律尚未有人揭示。为此，笔者等以润扬长江加劲梁采用中问开槽6m的双箱钢箱梁，全宽36m，桥公路大桥和西堠门大桥两座特大跨度悬索桥为研面净宽23m。主塔为“H”型，塔高211．268m，南塔究对象，选取四类场地共31条地震波对不同类型设上、中、下三道横梁，北塔未设下横梁。桥面以悬索桥进行非线性地震反应分析，寻求不同地震上有两根主缆，主跨吊杆共有238根

7、、北边跨58等级下主缆与桥塔的响应规律；并通过主梁与主根，索间距18m。塔位移的比较，探讨不同频谱特性的地震波对桥梁地震响应的影响。3研究方法收稿日期：2011-l1—263．1计算模型作者简介：李硕娇(1986一)，女，江苏常州人，助理工程师，从事道桥工程设计与研究工作。本文运用大型通用有限元程序ANSYS建立88桥梁结构城市道桥与防洪2012年5月第5期悬索桥的计算模型，并进行动力分析。采用“单梁移形态。在纵向输入模式下，通过悬索桥桥塔的纵式模型”模拟悬索桥桥面系[7]，桥梁铺装和栏杆向位移包络图的对

8、比，发现悬索桥桥塔的振动形质量采用MASS21模拟；主梁、主塔采用三维梁态都遵循一定的规律。且上述桥塔位移形态的特单元BEAM4单元来模拟；主缆、吊杆采用空间杆性和损伤形态与悬索桥的结构类型没有关系，与单元LINK10单元，并考虑恒载作用下的重力刚地震等级也没有关系。为了展示这种位移形态的度。主梁节点和吊索节点之间建立主从关系。本普遍性，下面分别列出两座桥在四类场地上不同文中两座悬索桥为漂浮体系结构，故主梁与主塔地震波激励下的