基于振型分解反应谱的大跨桥梁地震力计算研究.pdf

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1、２０１４年第７期（总第１３６期）江西建材交通工程基于振型分解反应谱的大跨桥梁地震力计算研究■唐鹏■安徽水利水电职业技术学院市政工程系，安徽合肥　２３１６０３摘要：本文根据振型分解反应谱法的基本原理，利用桥梁有限元计算软件Ｍｉ似工程抗震设计提供了一定的参考价值。ｄａｓｃｉｖｉｌ建立了某大跨度预应力混凝土连续梁桥全桥动力模型，选取抗３　地震动态反应分析震荷载，通过对在自身恒载和活载两种不同的荷载作用下的地震力的进３．１　建立连续梁桥的有限元模型行计算分析，为该桥墩身、基础部分抗震设计提供了可靠依据。为了分析大跨连续梁桥的地震动态反

2、应，本文结合该桥初步设计关键词：混凝土连续梁桥反应谱分析地震力有限元程序方案，建立有限元数值计算分析模型。着重考虑主梁、桥墩、承台的三维特性，将其全部设置为空间梁单元，考虑三维特性进行空间分段模１　前言拟。梁单元的空间特性采用ＴＳＫ梁理论进行建模，每个单元中单个节由于独特的地理位置和地质特点，我国是一个地震频发的国家，近点为６自由度，并同时考虑到梁剪切和翘曲产生的自由度。使用自定年来多次发生的强破坏性地震引起了工程界对现有抗震理论和计算方义截面的形式将主梁的单箱单室截面加入到梁单元中，根据设计图纸法的反思。随着大量实测资料的积累

3、和计算机软硬件的更新，地震力和主梁的结构形式采用４种自定义截面和２种软件内置的变截面组来［１］计算理论和桥梁抗震设防技术也在不断的进步。对主梁进行模拟，实体桥墩采用２种自定义截面来进行模拟。梁墩之大量研究表明对地震反应的分析主要是在地震荷载作用下的结构间接触单元采用刚性连接，全桥在地震荷载作用下考虑桩土之间的相内力与变形的动态分析。早期研究的重点是地震震动的频谱成分、结互作用和影响。构的非弹性反应，采用的方法是简化静力法；近期研究则集中在对地震３．２　选取抗震验算荷载的活动特性、地震震动的不确定性以及结构在不同破坏阶段的应力应桥

4、跨以及桥墩、承台产生的重力分别通过定义结构自重的形式向变特性等方面，主要采用的是时程分析法，研究成果表明地震力计算理Ｘ、Ｙ、Ｚ三个方向进行力学分解和转化。桥梁两个边跨简支梁质量转化［２］论对实际工程的计算有较大的帮助。为集中荷载施加在４号墩的墩顶部位，荷载的计算方法为一跨简支梁随着计算力学和计算机辅助设计的不断进步，延性设计和减隔震的质量加上二跨恒载质量；横向荷载施加在４号墩的墩顶，荷载的计算结构设计方法等结构抗震设计理念已经在许多国家的抗震设计中得到方法为一跨简支梁的质量和二期恒载质量之和的二分之一。全梁的恒不同程度的应用，我

5、国的桥梁抗震设计理论和相关的规范也正朝着弹载取１８０ＫＮ／ｍ。性和弹塑性并存的方向发展。３．３　动力特性分析反应谱理论不仅考虑工程结构的动力特性与地震特性之间的动力对该模型采用子空间分析得出该连续梁桥的地震特征值。前１０关系，而且保持原有静力理论的简单形式。同时结合振型分解原理，有个振型的频率、周期和振型特征如表１所示。同时利用ＭＩＤＡＳ软件震效地将上述概念应用于多质点体系的抗震计算。动模态的显示功能得到１０阶振型模态的震动模态图，如图１所示。动力分析方法按适用范围可以分为频域和时域分析法。频域分析表１　前１０阶自振频率及其振型

6、描述法比较适合弹性结构体系的地震力分析，主要是利用快速傅里叶变换频率周期（ＦＦＴ）技术进行数值分析；时域分析比较适合弹性结构体系和非弹性模态号（Ｈｚ）（ｓ）振型特征结构体系。地震的动态时程分析方法，是作为反应谱法的补充计１２１１０４８全桥呈纵向振动模态，３号呈墩纵向弯曲振动模态［３］算。２２３１０４４梁体呈竖向对称振动模态，桥墩呈纵向弯曲振动模态２　工程概况某市政桥梁结构形式为大跨预应力混凝土连续箱梁，桥长１４４ｍ，３２７００３７４号边墩呈纵向弯曲振动模态共３跨，主跨６４ｍ，两边跨４０ｍ，桥梁的横截面形式为单箱单室型

7、。混凝４２９３０３４梁体呈横向振动模态，桥墩呈横向弯曲振动模态土采用Ｃ５０，梁底下缘为二次抛物线形式；桥墩为双线圆端型，桥墩从５３４１０３０梁体呈横向振动模态，桥墩呈横向弯曲振动模态左至右依次编号为１－４号。其中３号墩为制动墩，边墩简支梁固定支６４１４０２４梁体呈横向振动模态，桥墩呈横向弯曲振动模态座设在４号墩。７４２１０２４梁体竖向呈反对称振动模态大跨度连续梁桥由于结构的空间性和复杂性，和中小跨度的连续梁桥相比，其地震反应分析和地震作用力计算也较为复杂。目前国际８５４１０１９梁体呈竖向对称振动模态上对大跨度

8、桥梁的抗震设计还未形成统一的标准，而我国的相关规范９５８４０１７梁体呈横向振动模态，桥墩呈横向弯曲振动模态［４］也未对大跨度桥梁的抗震设计进行详细规定。１０８０００１３梁体呈横向振动模态，桥墩呈横向弯曲振动模态本文依托具体工程实例建立了大跨度连续梁桥数值