模态静力推覆分析方法在桥梁结构中的应用

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1、68科技研究城市道桥与防洪2011年2月第2期模态静力推覆分析方法在桥梁结构中的应用冷鑫(西安铁路职业技术学院，陕西西安710014)摘要：静力推覆分析是一种计算结构非线性响应的简化分析方法，然而标准的静力推覆分析方法不能计人高阶振型的贡献，难以应用到大跨度的桥梁结构中。有学者提出的模态静力推覆分析方法在计算结构的非线性响应时考虑了高阶振型的影响，且仍具有推覆分析方法计算量小的优点。该文使用模态静力推覆分析方法计算一座实际桥梁结构的非线性反应，并与标准的推覆分析和时程分析的结果进行比较，结果表明该方法对高阶振型在反应中贡献较大的结构也能得到较好的结果。

2、关键词：高阶振型；模态静力推覆分析；桥梁结构；非线性反应中图分类号：U441文献标识码：A文章编号：1009—7716(2011)02—0068-030引言1基本原理与计算步骤标准的静力推覆分析方法(“Standard”Pushover模态静力推覆分析方法是在各阶对结构反应Analysis)SPA[11是一种计算在塑性范围内结构反起主要作用的振型上，按求得的振型荷载分别对应、确定结构薄弱部位以及失效机制的被广泛使结构进行推覆分析，将各阶振型荷载作用下的推用的工具。它与被普遍接受的非线性动力时程分覆分析结果用平方和后取平方根(SRSS)的方法析方法(Ti

3、me—HistoryAnalysis)THAt。j相比，具有计进行叠加，以求得结构的总反应。该方法在分析过算简单、效率高等优点，且更容易被广大工程设计程中计人了高阶振型对结构响应的影响。目前，该人员所接受。然而，该方法的应用主要基于两条基方法主要用于检验和评估结构形式较复杂的建筑本假定：(1)结构的响应与一个等效单自由度体系结构的性能是否满足不同水平地震作用下的设计(SDOF)相关，即结构的反应仅由结构的一阶振型性能目标。控制；(2)结构沿高度的变形形状向量，在整个地对于桥梁结构，由于其跨度大，结构形式复震反应过程中始终保持不变，即水平荷载的分布杂，高

4、阶振型的影响亦不能忽略，将模态推覆分析方式始终不变【3】。由于上面的两个假定，到目前为方法应用于桥梁结构时，与建筑结构相比，存在一止，国内对静力推覆分析方法的研究，主要关注的定的差别：首先，与建筑结构的楼板在平面内假定是一阶振型在反应中起主要作用的结构，而忽略为刚性相反，桥梁的上部结构一般为柔性的；其了高阶振型对结构反应的影响。对于一般的规则次，桥梁结构的支撑单元(桥墩)位于同一平面建筑结构，这种近似是能够满足设计需要的，但对内，而建筑结构的支撑单元(柱)是空间分布的，于那些结构形式复杂，大跨度大空间的复杂结构，这样的支撑单元分布，与柔性的上部结构的组

5、则应考虑高阶振型的影响。尤其对于桥梁结构，跨合，使桥梁结构在横桥向与建筑结构的变形存在度大，结构形式复杂，高阶振型的影响不能忽略r4J。很大的不同；第三，对于桥梁结构，还需要考虑绘2002年，Chorpa和Goel提出了模态静力推覆分析方制力一位移曲线的监测点的选取位置，不同的监法(ModalPushoverAnalysis)MPA]，是一种考虑了测点位置将对绘制出的推覆曲线的形状产生很大影响。高阶振型影响的改进的静力推覆分析方法，它能考虑了与建筑结构存在的差别，对桥梁结构得到相对准确的结构分析结果，近年来得到了更建议的模态静力推覆分析方法的具体步骤如

6、下：多的关注。本文介绍了对桥梁结构进行模态静力(1)建立所研究桥梁结构的有限元模型，进行推覆分析的基本原理和实施步骤}6】，并使用静力初步分析得到结构的周期和振型；对于桥梁推覆分析方法、模态静力推覆分析方法和非线性动力时程分析方法对一个实际的桥梁结构进行非结构，由于其高阶振型的贡献较大，所考虑的振型线性分析，比较所得到的结果以说明模态静力推数量应该高于建筑结构，按规范的要求所计人的覆分析方法的适用性和发展潜力。各阶振型的振型质量之和应不低于结构总质量的90％。收稿日期：2010—09—26作者简介：冷鑫(1983一)，男，辽宁北票人，助教，硕士研究生，

7、(2)确定结构的失效标准，确定结构的性能目标。研究方向为防灾减灾工程及防护工程。(3)选择绘制推覆曲线的监测点，建筑结构的2011年2月第2期城市道桥与防洪科技研究69监测点一般选在结构的顶点；对于桥梁结构可以采用双柱式桥墩，钢筋混凝土圆形截面，桥墩高选在距位移最大点最近的桥墩的墩顶。15m。由于地基土的相对刚度较大，墩柱与基础简(4)按各阶振型荷载的分布形式分别进行推覆化为固端连接。该工程按8度抗震设防，场地类别分析S=m(其中m是桥梁结构的质量矩阵)直至为Ⅱ类场地土，设计地震分组为第三组，场地特征周期0．45s，设计地面运动加速度0．2g。结构达到

8、预定的失效标准，绘制各阶振型荷载作2．2计算与分析用下，监测点的剪力一位移曲线。2．2．1建立