斜拉拱式协作体系桥梁地震响应分析.pdf

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1、世界桥梁２０１６年第４４卷第５期（总第１８３期）６７斜拉拱式协作体系桥梁地震响应分析１２余海燕，孙全胜（１．大连理工大学建设工程学部，辽宁大连１１６０２４；２．东北林业大学，黑龙江哈尔滨１５００４０）摘要：为了解斜拉拱式协作体系桥梁地震响应规律和特点，指导该类桥型抗震设计与研究，以大连市翔凤河桥———（４０＋９０．５）m斜拉拱式协作体系桥为研究对象，采用有限元软件建立该桥三维有限元模型进行动力性能分析，利用地震反应谱和时程分析方法分析三向地震作用下结构的位移和内力，以及结构非线性对地震响应的影响。结果表明：斜拉

2、拱式协作体系桥梁的动力性能主要振型符合无背索斜拉桥的特点；结构在纵向和横向地震作用下的位移和内力均比竖向地震作用大；在纵、横向地震作用下桥塔于塔梁拱交接位置产生最大内力，拱肋于１号墩处拱脚位置产生最大内力，应特别重视该桥塔梁拱结合处的桥塔和拱肋截面的抗震设计；结构非线性对该桥地震响应的影响比较明显，地震分析计算时应考虑结构非线性。关键词：斜拉拱式协作体系桥；地震响应；动力性能；反应谱分析；时程分析；位移；内力；有限元法中图分类号：U４４８．２；U４４２．５５文献标志码：A文章编号：１６７１－７７６７（２０１６）

3、０５－００６７－０４1引言斜拉拱式协作体系桥梁是在２１世纪初才出现2工程概况的一种新桥型，是由拱肋、桥塔、吊杆、斜拉索和桥面翔凤河桥为（４０＋９０．５）m的斜拉拱式协作体［１］系构成的组合体系结构，兼有斜拉桥和普通拱桥系桥（见图１），桥宽３９～４３m。主梁采用预应力混的力学性能与经济性能，并以独特的构造形式满足凝土现浇箱梁，梁高２．７～３．８m；桥塔采用钢筋混了桥梁美学的要求。目前该桥型的桥梁修建少，世凝土结构，桥面以上塔高５９．５m，倾斜５６°；斜拉索界仅有２座已通车的斜拉拱式桥梁———马来西亚吉采用单索面扇

4、形布置，共８根，张拉端锚具设置在塔［２］隆坡斯里绍嘉纳大桥（SeriSaujanaBridge）和我国柱上，固定端锚具设置在主梁上；拱肋共２片，采用［３］的湘潭市湘江四大桥，前者斜拉索作用在桥面上，矩形钢箱结构，只在拱脚处灌注混凝土且合并为１后者斜拉索作用在拱肋上。斜拉索作用在桥面上，片拱肋，拱肋轴线按１／３矢跨比设计，跨度为８４m，结构主要表现为斜拉桥的受力特点；斜拉索作用于拱矢高２８m，为二次抛物线＋直线线形；吊索分别采肋上，斜拉索和拱肋共同受力，共同承担桥面的恒载。用竖直和倾斜２种布置形式，索距４．２５m

5、，全桥共对斜拉拱式协作体系桥梁的理论研究目前还处３８根，在箱梁底板上张拉，上锚固点用耳板设置在［２］于起步阶段，PascalKlein介绍了斯里绍嘉纳大桥钢箱拱肋外侧；钢拱肋横向共设置３道“K”形风撑；［４‐８］的结构组成、施工过程。王庭正等以湘江四大桥主墩采用墙式墩，与主梁、塔、拱固结，辅墩为矩形柱为背景，对斜拉拱式协作体系桥梁进行了抗震性能式墩，下接承台配钻孔灌注桩，桥台采用扶壁式轻型分析验算、局部应力分析、索力优化分析、参数分析桥台。［９］和箱梁截面温度梯度效应分析等。孙全胜等分析该桥抗震设防类别为B类，

6、场地类别为Ⅱ类，了大连翔凤河无背索斜拉拱桥的静力特点和施工受抗震设防烈度为７度，场地特征周期为０．４０s，阻尼力特点。为研究斜拉拱式协作体系桥的抗震性能，比取０．０５，水平向设计基本地震加速度峰值为以大连市翔凤河桥———我国在建的第二座斜拉拱式０．１５g。协作体系桥梁为研究背景，对其进行动力性能分析，并分别采用反应谱分析和时程分析方法研究其在三3有限元计算向地震作用下的结构反应和结构非线性对地震响应采用有限元软件MIDASCivil和ANSYS分别的影响。建立该桥空间有限元模型（见图２）。MIDASCivil收

7、稿日期：２０１５－０９－１７作者简介：余海燕（１９９２－），女，博士生，２０１３年毕业于东北林业大学土木工程专业，工学学士，２０１６年毕业于东北林业大学桥梁与隧道工程专业，工学硕士（E‐mail：１２６００５６３９３＠qq．com）。６８世界桥梁２０１６，４４（５）地震波激励作用下结构的响应与桥梁的低阶频［１０］率密切相关，本文采用BlockLanczos法，利用MIDASCivi１程序计算了翔凤河桥的前１０阶振型和振动频率（见表１）。表1桥梁振动频率和振型模态自振频率／Hz振型描述序号周期／s１０．４９５２．

8、０１９桥塔侧弯２０．９４７１．０５５桥塔纵弯３１．７２００．５８１主梁与拱肋同步对称竖弯，桥塔纵弯主梁与拱肋同步对称侧弯，耦合桥塔４２．００８０．４９８侧弯图1翔凤河桥立面布置５２．４５１０．４０８桥塔侧弯，耦合主跨主梁和拱肋扭转６２．７５７０．３６３拱肋对称侧弯有限元模型中主梁、桥塔和拱肋采用梁单元模拟，吊７２．７９１０．３５８主梁和拱肋反对称竖弯，桥塔纵弯杆、斜拉索采用桁架单元模拟