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1、某中承式拱桥地震反应谱分析及抗震性能研究黄中亨(同济大学土木工程学院,上海200092)摘要:针对某中承式拱桥进行了抗震研究,介绍了地震反3有限元模型应谱分析的基本原理,通过有限元模型的动力特性及反应谱采用有限元计算软件对该中承式拱桥进行有限元建模,分析,得出了结构在地震作用下的内力响应,采用纤维单元,有限元计算模型x轴、y轴、z轴分别为顺桥向、横桥向、竖对结构最不利截面进行了P-M-ϕ分析,得到了控制截面向。其中拱肋、钢横梁、钢纵梁、桥面板、立柱、拱肋横向联的抗弯能力,对结构进行了抗震性能评估。系、辅助墩
2、均采用梁单元进行模拟,纵梁与横梁间添加刚性关键词:中承式拱桥;反应谱分析;纤维单元;抗震性能评估连接,吊杆用桁架单元模拟,结构的有限元计算模型如图2中图分类号:U448.22文献标志码:A文章编号:1672-4011(2017)02-0129-02所示。DOI:10.3969/j.issn.1672-4011.2017.02.0581概述地震作用是桥梁工程设计时需要考虑的偶然荷载之一,虽然发生次数不多,但是一旦桥梁受到破坏,将会切断地震灾区的交通线路,阻碍救援人员进入灾区,增加抗震救灾的难度,间接扩大国家与
3、人民的经济损失。图2有限元模型随着城市现代化的极速发展,城市交通对桥梁工程的依4动力特性分析赖性越来越强,各国专家越来越重视桥梁抗震研究,采用反应谱法、时程分析法等计算方法进行抗震设计,提出延性抗由于反应谱法是以结构的动力特性为基础的计算方法,震、减隔震等抗震设计方法提高桥梁抗震性能。为了计算结构在地震作用下的响应,必须首先对结构的动力国内外多次地震证明,经过抗震设计的工程,能够较为特性进行分析。动力特性分析结果如表1所示。有效地抵御地震灾害。本文以某260m跨径中承式拱桥为表1结构动力特性研究对象,进行动
4、力特性及反应谱分析,在此基础上对其抗振型阶数频率/Hz周期/s振型特征震性能作出评估。10.4162.403拱梁一阶反对称竖弯20.4482.230主梁一阶正对称侧弯2设计反应谱30.5221.914拱肋一阶正对称侧弯40.6891.449拱梁一阶正对称竖弯反应谱法综合考虑了结构的动力特性和地震动的特性,50.7721.295拱肋一阶反对称侧弯将结构的地震动相应分解为多个振型,采用SRSS、CQC、ABS60.9751.025主梁一阶反对称侧弯等方法进行组合,得到结构的最终地震响应值。反应谱法计71.200
5、0.832拱梁二阶反对称竖弯算简单,结果准确,受到桥梁工程师广泛的认可与应用。81.2340.810拱肋二阶正对称侧弯设计反应谱采用工程场地50年超越概率10%(E1)、91.2410.805拱梁二阶正对称侧弯2%(E2)地表地震动加速度反应谱,如图1所示。101.4530.685拱肋二阶反对称侧弯5反应谱分析结果分析时地震动反应谱考虑两种输入方式:①竖向+横向;②竖向+纵向。在两种不同水平地震作用下,结构最不利截面发生在拱脚处,拱脚处内力如表2所示。表2地震作用下拱脚内力图1桥梁设计反应谱地震等级输入方式
6、轴力/kN弯矩/(kN·m)E1①53140120905E1②53333159244E2①47964154501收稿日期:2016-12-10作者简介:黄中亨(1992-),男,内蒙古巴彦淖尔人,硕士研究生,研E2②48792223528究方向:装配式桥梁。·129·6抗震性能评估E2地震作用下拱脚最大弯矩223528kN·m,小于等效抗弯屈服弯矩,结构抗震性能良好。对结构抗震性能目标为:在地震水平E1作用下,结构在弹性范围内工作,不发生损伤;在地震水平E2作用下,拱肋不发生损伤,吊杆、基础、横梁、纵梁等重
7、要结构受力构件可发生可修复的损伤,但是地震后这些损伤不得影响救援车辆的通行。钢筋混凝土桥梁的抗震性能评估需对控制截面进行P-M-ϕ分析,得出截面的初始屈服弯矩与等效抗屈服弯矩,与结构地震响应进行对比。P-M-ϕ分析将控制截面划分为纤维单元(见图3),混凝土和钢筋分别进行划分,利用混图4拱脚截面P-M-ϕ分析结果凝土和钢筋的实际的本构关系,采用截面数值积分法进行弯矩-曲率分析(考虑响应轴力)。根据给定的结构抗震性能7结论目标,在E1水平地震作用下,控制截面弯矩应小于初始屈服本文采用地震反应谱分析方法,对某中承
8、式拱桥进行了弯矩,在E2水平地震作用下,控制截面弯矩应小于等效屈服抗震性能研究,得出以下结论。弯矩。1)结构在地震作用下内力最大处为拱脚截面,E1地震作用下拱脚最大弯矩159244kN·m,E2地震作用下拱脚最大弯矩223528kN·m。2)经过P-M-ϕ分析,得出了拱脚截面的初始屈服弯矩和等效抗弯屈服弯矩,分别大于结构在E1、E2地震作用下的拱脚弯矩,结构抗震性能性能良好。[ID:003857]参考文献:图3拱
