矮塔斜拉桥地震性能研究

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1、矮塔斜拉桥地震性能研究【摘要】：结合矮塔斜拉桥实例，建立了空间有限元仿真模型，并且对模型进行了全桥结构动力分析，得到了该桥基本的动力特性参数，并对其进行了相应的动力反应谱分析，结果表明该桥桥墩在地震作用下变形较大，分析结果将为矮塔斜拉桥的设计提供参考。【关键词】：矮塔斜拉桥；有限单元法；动力特性；反应谱;地震性能【中文图类号】U448.55SeismicBehaviorAnalysisofAnExtradosedCable-stoyedBridgeLiuJie(CapitalEngineeringandResearchIncorporationLimited,ZhengzhouHenan,4

2、50016,China)[Abstract]：Withanexampleofextradosescable-stoyedbridge,establish3~Dfiniteelementsimulationmodel,andthemodelofthedynamicanalysisofthewholebridgestructure,dynamiccharacteristicsofthebridgeisbasicallywasobtained,andthedynamicresponsesofthecorrespondingspectralanalysis,theresuItsshowthatthe

3、largedeformationofbridgepierunderseismicaction,theanalysisresultsprovideareferenceforthedesignoflow-pyloncable-stayedbridge・Keyword：low-pyloncable-stayedbridge；finiteelementmethod；dynamiccharacteristics；responsespectrum；seismicperformanee中图分类号：U448.55文献标识码：A文章编号：1前言随着城市交通事业的迅速发展，在对桥梁的实用性要求之上，城市环境也对

4、桥梁美观提出了更高的要求。矮塔斜拉桥由于其合理的结构、优美的造型征服了桥梁设计师，近几十年来，这种桥型在国内外都有了较快的发展。然而众所周知，地震是一种偶然荷载，一旦产生必将对结构产生巨大的破坏。对这种矮塔斜拉桥进行抗震分析，具有十分重要的意义。本文结合实际工程，建立空间实体有限元模型，对其进行动力行为分析。2桥梁空间有限元模型桥梁跨径65+140+65米，桥塔高22米。上部结构采用双索面矮塔斜拉桥，主桥箱梁采用C50变截面预应力混凝土箱梁，梁高变化为3.0~5.0米，宽18米。斜拉索采用高强度低松弛钢绞线拉索体系，单根钢绞线直径为15.24nmi,钢绞线标准抗拉强度为1860MPa,弹性模

5、型为1.95E5MPa,桥梁总体布置见图1:图1桥型布置示意图（单位：cm）本文利用大型空间有限元软件MIDAS/CIVIL对其建立空间模型进行计算分析，主梁、桥塔、桥墩及桩基采用空间梁单元模拟，斜拉索采用桁架单元模拟，全桥共656个节点，358个梁单元，64个索单元，根据“m法”使用节点弹性支撑模拟土体对结构桩基础的作用，全桥空间有限元模型见图2：图2全桥空间有限元模型3抗震分析方法原理桥梁的抗震分析方法主要有反应谱法、线弹性时程分析法、静力弹塑性分析法及动力弹塑性分析方法。而反应谱方法一般假定结构是线弹性的，所以计算地震力是可以不考虑其他静荷载的作用，而是采用叠加原理将静荷载引起的结构内

6、力或位移与地震力引起的内力或位移相叠加，得出结构总的内力或位移。它是以单质点体系在实际地震作用下的反应为基础来分析结构反应的方法，考虑了地震时地面的运动特性与结构物自身的动力特性，是当前工程设计应用最广泛的抗震设计方法，所以矮塔斜拉桥进行反应谱动力分析具有十分重要的意义。反应谱的基本原理：一单质点振子体系由于地面运动位移引起的单质点振子的地震动方程为：(1)式中m为单质子振子质量；为地面加速度；为相对加速度；c为阻尼；为相对速度；k为振子刚度；y为相对位移。上式根据原理，惯性力、阻尼力和弹性恢复力应保持平衡。整理可得：(2)式中，t为时间变量，阻尼比，无阻尼圆频率为。单质点振子的地震相对位移

7、反应的积分式为：(3)式中，为地面位移，为时间变量，有阻尼的圆频率为。对式(3)微分一次、二次即可得到单质点振子的地震相对速度和相对加速度反应积分公式：(4)(5)一般情况下，阻尼比数值很小，式(4)、(5)可以简化为：(6)(7)对于不同的质点体系，在选定的地震加速度输入下，可获得一系列的相对位移、相对速度、绝对加速度的时程反应曲线，并可以从中找到最大值，即、、。以不同单质点体系的周期为横坐标，以不同阻尼比