曲线梁桥地震响应影响因素分析.pdf

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1、６４世界桥梁２０１６年第４４卷第４期（总第１８２期）曲线梁桥地震响应影响因素分析张文学，寇文琦，汪振（北京工业大学建筑工程学院，北京１００１２４）摘要：针对曲线梁桥地震响应特性比较复杂，在地震中容易发生较为严重震害这一现象，以某三联曲线梁桥为背景，建立三维有限元模型，采用非线性时程分析方法，系统研究了主梁与挡块及伸缩缝的碰撞效应和地震输入角度对规则曲线梁桥和非规则曲线梁桥地震响应的影响。研究表明：碰撞效应对曲线梁桥的地震响应有较大影响，特别是对墩底的径向剪力和绕切向弯矩影响更为明显，而对墩底的切向剪力和绕径向弯矩影响相对较小。挡块碰撞对内力响应的影响，

2、规则曲线梁桥与非规则曲线梁桥基本相同，但对位移响应的影响，规则曲线梁桥大于非规则曲线梁桥。地震动输入角度对规则曲线梁桥和非规则曲线梁桥地震响应影响有所不同，在进行规则曲线梁桥地震响应分析时采用规范规定的曲线梁桥地震动输入角度进行抗震验算是合理的；但对非规则曲线梁桥进行地震响应分析时应根据具体情况确定最不利的地震动输入角度进行抗震验算。关键词：曲线梁桥；地震；碰撞效应；地震输入角度；有限元法；剪力；弯矩；地震响应；抗震中图分类号：U４４８．４２；U４４２．５５文献标志码：A文章编号：１６７１－７７６７（２０１６）０４－００６４－０７1引言曲线梁桥地震响应

3、还有待进一步深入研究。鉴于受山区地形、地貌和路线走向的影响，曲线梁桥此，本文建立曲线梁桥有限元模型，研究碰撞效应和［１‐２］被广泛应用于桥梁建设中。曲线梁桥相应复杂地震动输入角度对规则曲线梁桥和非规则曲线梁桥特征使得曲线梁桥在强震下容易发生支座损坏、挡地震响应的影响。块断裂，甚至落梁等震害，如圣费南多地震、汶川地［３‐４］震中均发生曲线梁桥落梁震害。目前在直线梁2工程背景桥地震响应方面，许多学者开展了较为详细的研某３联曲线梁桥，全桥桥长３００m，桥宽８．７５［５‐７］究，已有的研究结果表明碰撞对结构的地震响应m，采用单箱单室截面，梁高２．１m，墩高均为

4、３４．５有很大的影响。在曲线梁桥地震响应研究方面，王m。支座为盆式橡胶支座，下部结构采用２m×天利、李黎等研究了曲线梁桥在地震作用下的碰撞３．８２m的矩形墩，主桥立面示意如图１所示。本文［８‐１２］效应，王天利对比分析了曲线匝道桥桥墩处和以此３联曲线梁桥为依据建立有限元模型，计算结桥台处伸缩缝的地震碰撞响应的差距，研究发现取果分析针对第二联展开，３号为固定墩，１号、２号、４消桥台处伸缩缝更有利于曲线梁桥的抗震；李黎采号、５号为滑动墩，其中１号、５号为边墩。滑动墩墩用非线性时程分析法研究了一座采用铅芯橡胶支座顶设置钢筋混凝土抗震挡块，挡块长×宽×高为的曲

5、线梁桥，研究表明采用隔震支座可以明显消耗［１１］２００cm×３０cm×５０cm。边墩处设置伸缩缝。碰撞过程中产生的能量；BWang等建立了多个不同曲线半径的曲线梁桥模型，采用时程分析发现3结构计算模型曲线半径对曲线梁桥地震响应有着重要的影响。采用SAP２０００建模。其中，墩、梁采用空间杆目前研究主要集中在规则曲线梁桥（即墩高相等的曲线梁桥）伸缩缝处的碰撞效应，忽略了挡块与主梁间碰撞和伸缩缝处碰撞的相互作用对曲线梁桥地震响应特性的影响。此外由于地形条件限制，大多数山区曲线梁桥的墩高相差较大，属于典型的非规则曲线梁桥（即墩高不等的曲线梁桥），对非规则图1主

6、桥立面示意收稿日期：２０１５－１０－３０基金项目：国家自然科学基金面上项目（５１３７８０３４／E０８０５０５）；北京市自然科学基金面上项目（８１２２００７）作者简介：张文学（１９７５－），男，副教授，１９９８年毕业于石家庄铁道大学交通土建工程专业，工学学士，２００４年毕业于石家庄铁道大学道路与铁道工程专业，工学硕士，２００７年毕业于同济大学桥梁与隧道工程专业，工学博士（E‐mail：zhwx＠bjut．edu．cn）。曲线梁桥地震响应影响因素分析张文学，寇文琦，汪振６５系单元模拟，支座采用WEN单元模拟。不考虑左向右以５m等高升高，为保证最高墩高为３４

7、．５m桩－土结构相互作用，将墩底固结。（第三联最右侧边墩墩高３４．５m），仅取第二联和第为对比地震动输入角度对规则曲线梁桥与非规三联进行计算，因墩高呈比例变化故称为比例非规则曲线梁桥地震响应的影响，本文依据某３联曲线则曲线梁桥；③模型３（M３）：３联，墩高以３号墩（３梁桥建立了３种有限元模型（见图２），①模型１（M１）：号墩高３４．５m）为对称，向两侧依次以５m等高降墩高均为３４．５m，３联，因墩高均相等故称为规则曲低，因墩高呈对称变化故称为对称非规则曲线梁桥。线梁桥；②模型２（M２）：２联，墩高从１号墩开始，从对上述建立的３种有限元模型，采用非线性时

8、图2有限元模型程分析，研究４种工况的地震响应：①工况１不考虑主梁梁体与挡块间碰撞，不考虑伸缩缝