桩土相互作用对矮塔斜拉桥地震响应特性的影响分析

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1、西南公路2010年第4期西南公路XINANGONGLU桥有限元模型，所建模型除塔高参数变化外，其余100参数均相同。模型分别采用了梁单元和桁架单元来0桩土相互作用对矮塔斜拉桥地震响应特性的影响分析模拟主梁和斜拉索。梁单元属于“等截面或变截面-100三维梁单元”，它具有拉、压、剪、弯、扭的变形)m-200(m122刚度。桁架单元属于“单向受拉-受压的三维线性单移-300陈荣金侯光阳李永乐位元”，它只能传递轴向的拉力和压力。此次模型考-400(1.华中科技大学土木工程与力学学院武汉430074；21m塔高虑的荷载包括结构自重、二期恒载、斜拉

2、索初拉力-50030m塔高2.西南交通大学桥梁工程系成都610031)42m塔高和汽车活载作用。通过模型计算分析矮塔斜拉桥斜-600-200-1000100200【摘要】矮塔斜拉桥近年来发展迅速，其地震响应特性还未得到足够的关注，桩土相互作用对桥梁拉索对竖向荷载的分担比例，塔高对主梁弯矩和挠桥跨点位(m)结构地震响应特性有不可忽略的影响。采用简化模拟方法，建立了考虑桩土相互作用与墩底固结两种边界度的影响，斜拉索最大活载应力幅，以及结构的动图3塔高对主梁挠度影响曲线条件下的全桥模型，运用非线性时程分析方法对桥梁地震响应进行计算。矮塔斜拉桥

3、塔、梁之间在地震中力特性，了解矮塔斜拉桥的结构动力特点。从以上分析可以看出，在跨径相同的情况下，的变形协调性对拉索内力响应有较大影响，桩土相互作用能够增强这种不协调性，从而危害拉索安全。（1）矮塔斜拉桥斜拉索对竖向荷载的分担比例塔高变小，斜拉索倾角减小，导致斜拉索竖向分力【关键词】桩土相互作用；矮塔斜拉桥；时程分析；地震响应斜拉索对竖向荷载的分担作用如表1所示：减小，塔梁连接部位的主梁负弯矩增大。同时，由【中图分类号】U448.25【文献标识码】A表1斜拉索对竖向荷载的分担作用于斜拉索竖向分力减小导致其对主梁的竖向支撑作竖向荷载斜拉索分

4、担比例用减弱，主梁竖向刚度降低，挠度增大。工况模型塔高（kN）的竖向荷载(kN)（%）矮塔斜拉桥是处于连续梁桥和斜拉桥之间的过（3）斜拉索最大活载应力幅T121m241268.630815.9712.771非线性时程分析理论渡桥型，近年来发展迅速，其结构特性兼具斜拉桥斜拉索最大活载应力幅结果如表2所示：T230m241268.647883.6319.85表2斜拉索最大活载应力幅和连续梁桥的特点。矮塔斜拉桥桥塔高度小，刚度时程分析法能够考虑强震下结构的弹塑性变形并T342m241268.661463.3425.48工况模型塔高斜拉索最大活

5、载应力幅(MPa)大，布索区短，主梁抗弯刚度大，全桥整体刚度主能够真实反映结构地震响应随时间的变化过程，能够经分析可知，随着塔高的增加，斜拉索对竖向T121m32.4要由主梁提供，拉索起加强作用，拉索的应力变幅弥补反应谱法、功率谱法的不足，对大跨、复杂桥梁荷载的分担作用越多，但分担竖向荷载的比例较T230m33.9较小。拉索对主梁提供的竖向分力相当于竖向弹性进行抗震分析需采用时程分析法[3]。小，主梁仍是主要的承重构件，斜拉索对梁起加T342m35.8支承，能够大幅减小主梁正弯矩，水平分力相当于当结构对地震的响应尚未进入弹塑性阶段时，其

6、劲、调整受力的作用。预压力，能够降低梁高并节省预应力钢筋，矮塔斜运动方程为线性方程，与结构运动的时间历程无关，根据表2中结果可以看出，只改变塔高一个参数（2）塔高对主梁弯矩和挠度的影响拉桥梁高要比连续梁桥小25%左右，预应力筋可节此时多自由度结构地震响应方程：对斜拉索最大活载应力幅影响不大，并且矮塔斜拉塔高不仅与矮塔斜拉桥的跨度有关，还与斜拉[1～2]桥的活载应力幅小于50MPa，与已建成矮塔斜拉桥应省15%左右。矮塔斜拉桥在工程中具有独特的结Mu··+Cu·+Ku·=-Mu··（1）g索的索距、索面形式和拉索水平倾角有关。矮塔斜力幅范

7、围相符。构优势，但对这种桥型的研究尚存在许多问题，本式中：M为质量矩阵，C为阻尼矩阵，K为刚度矩拉桥由于塔矮，梁刚，所以主梁是结构的主要受力（4）结构的动力特性文主要从矮塔斜拉桥在地震荷载作用下的响应特性阵，u为节点位移向量，u··为地面运动加速度，Mu··为g构件，荷载作用下主塔的内力及变形较小，通常不结构动力特性计算结果如表3所示：展开研究。惯性力，Cu·为阻尼力，Ku为弹性恢复力，Mu··为地震g控制设计，而主梁弯矩和主梁挠度通常控制设计。表3结构动力特性桥梁墩底边界条件一般处理方法是将地基视为荷载。为此，这里仅讨论塔高对主梁弯矩

8、和主梁挠度的影工况模型塔高(m)周期(s)频率(Hz)刚性，实际上桩土相互作用（SSI）对结构的静力和当结构进入弹塑性变形阶段后，用结构运动的时响。分析结果分别如图2和图3所示（注：图中横坐T1211.44