SAP2000在桥梁结构非线性时程分析中的应用.pdf

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1、桥梁工程器BridgeEnglneer．ngSAP2000在桥梁结构非线性时程分析中的应用梁凯1，齐一男2，苏凡2，孙蕊鑫1(1．西安中交土木科技有限公司，陕西西安710075；2．中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西西安710075)摘要：我国是一个强震多发国家，随着我国对地震研究的逐渐深入．桥梁结构减隔震控制技术在我国桥梁工程界日益得到重视，并逐步开展了桥梁减隔震设计研究工作。在众多桥梁减隔震产品中，NDOZ弹塑性阻尼幅球型钢支座，以其多级设防、整体寿命周期长、性能可靠、技术先进等优点，在诸多项目中得到了广泛的应用。但是，NDQZ系列减隔震支座

2、采用MidaLs等常用专业有限元分析软件建模时不便于模拟，为该支座的桥梁结构非线性时程分析带来了困难。笔者以某桥梁工程为背景，阐述了采用SAP2000模拟NDQZ减隔震支座进行桥梁结构非线性时程分析的要点，并给出了主要结论，以供同类型桥梁设计参考。关键词：桥梁结构；支座；减隔震；非线性；时程分析中图分类号：U443．2文献标志码：B文章编号：1009—7767(2014)01—0053—04ApplicationofSAP一2000inNon—linearTimeHistoryAnalysisofBridgeStructureLiaIlgKai，QiY

3、inan，SuFan，SunRuixin我国是一个强震多发国家，地震发生频率高、强度大、分布范围广、伤亡多、灾害严重。这些地震灾害，特别是近年发生的四川汶川特大地震、青海玉树大地震等，给我们带来了惨痛的教训。与此同时，桥梁作为生命线系统工程中的重要组成部分，一旦损毁、中断便等于切断了地震区的生命线，次生灾害将十分严重，经济损失无疑将大大加剧。基于地震灾害的教训，桥梁结构减隔震控制技术在我国桥梁工程界日益受到重视．并逐步开展了桥梁减隔震设计研究工作【”。在众多桥梁隔震产品中，NDQZ弹塑性阻尼幅球型钢支座，以其多级设防、整体寿命周期长、性能可靠、技术先进

4、等优点，在诸多项目中得到了广泛应用。但是目前高校及设计院所常用的有限元软件MidasCivil在进行非线性时程分析时，不能模拟NDQZ非线性阻尼幅球型钢支座的多段弹塑性模型，故笔者将介绍1款有限元分析软件——SAP2000在多段弹塑性支座的非线性时程分析中的应用。1NDQZ减隔震支座力学模型作为多水准逐级设防、多状态分级耗能的新型减隔震支座，NDQZ系列非线性阻尼幅球型钢支座分别由球型钢支座本体、减隔震组合装置以及锚固连接构件组成。NDQZ减隔震支座力学模型如图1所示。a)支座水平限位方向力学模型b)支座水平活动方向力学模型注：‰为滑移屈服前刚度；K。

5、为阻尼元件屈服前刚度；K：为阻尼元件屈服后刚度；F竹为支座起滑力；‘为阻尼元件屈服力；p为支座滑移面设计摩擦系数；GAP为滑移位移(间隙)。图1NDQZ减隔震支座力学模型图1中阻尼元件的阻尼力可简化为双线性恢复力力学模型，如图2所示。2014卑第1期(1一)第32誊辛荭故东53器桥梁工程BridgeEngineering阻尼力FJFr夕乃’／／‘Z沙K

6、

7、一sd

8、一s，∥s、

9、saj／阻尼位移量／一F—r。注：K-为阻尼元件屈服前刚度；K：为阻尼元件屈服后刚度；5。为阻尼元件屈服位移量；Sa为设计阻尼位移；E为阻尼元件屈服力；R为设计阻尼力。图2阻尼元

10、件双线性恢复力力学模型图1中下支座板和球面凹板之间的摩擦力简化为双线性理想弹塑性恢复力力学模型，如图3所示。F(x)J氏／k

11、

12、’7／～／．／、7

13、

14、一艮注：K。为滑移屈服前刚度，X。为静摩擦屈服位移(一般取2mm)氏为屈服力。图3支座摩擦力双线性恢复力力学模型2项目概述某大桥位于宁夏回族自治区中卫市，是该市通往周边县、市的快速通道。该桥跨径组合为4×30m“×30m+4×30m+60m+6×90m+60m+3×30m，桥梁全长1117m。其中主桥跨径组合为60m+6×90m+60m，采用变截面预应力混凝土连续箱梁的结构形式。主墩墩身采用实体矩形墩，顺

15、桥向尺寸3m，横桥向尺寸17．1m，桥墩两侧设置破冰棱。主墩墩身下接承台，承台下设置11根矽1．8m桩基。过渡墩墩身采用实体矩形墩，顺桥向尺寸2m，横桥向尺寸16．3m，过渡墩墩身下接承台，承台下设置8根∥1．7m桩基。该桥整体效果如图4所示。54瘩荭投未2014No．1(Jon．)VoI．32罔4工程实例桥效果图3结构建模SAP2000具有较好的界面环境、可通过界面上的菜单以及快捷按键快速建模。同时，SAP2000具有良好的交互编辑功能，可以通过与EXCEL的交互来提高建模的效率。采用SAP2000V15．0．O建立该工程实例桥主桥60m+6×90m

16、+60m变截面预应力混凝土连续箱梁全桥空间有限元模型。主梁和桥墩均采用三维梁单元，横隔板荷载和