大型T构桥桥墩抗震动力计算.pdf

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1、焦作工学院学报（自然科学版），第19卷，第1期，2000年1月JournalofJiaozuoInstituteofTechnology（NaturalScience），Vol.19，No.1，Jan.2000大型T构桥桥墩抗震动力计算赖永星1，成立社1，郑观升2（1.郑州工业大学数理力学系，河南郑州450002；2.河南省建筑安装总公司，河南郑州450003）摘要：某高墩大跨T构桥，上部结构为预应力混凝土箱形梁，桥墩采用钢筋混凝土变截面空心墩.根据T构桥的结构特点，利用空间梁单元进行有限元离散，计算了该桥的动特性

2、，采用时程分析进行了抗震动力计算得出一些可作为设计依据的有益结论.关键词：T构桥；有限元；应力；变形；动特性中图分类号：U441文献标识码：A文章编号：1007!7332（2000）01!0066!040引言某高墩大跨T构桥为一供水工程的管道桥，桥上架设供水钢管一道，T构桥上部结构为预应力混凝土箱形梁，单箱单室，悬臂长22.6m，桥墩采用变截面空心墩，墩高44.8m，墩臂斜率8011，墩顶截面壁厚50cm，墩底截面壁厚100cm，基础为钻孔灌注桩，桥梁横向宽3m.T构桥两侧悬挂人行钢桁梁，横向宽度小，墩身变截面.根

3、据工程抗震设计规范《JTJ004!89》规定对桥高超过30m的桥梁应采用时程分析进行计算，本文采用模态迭加法进行时程分析［1］.1计算模型及有限元离散化本文采用梁单元进行有限元剖分［2，3］，整个T构桥共剖分为27个梁单元，单元剖分及单元和节点编号如图1所示.计算时采用右手坐标系，坐标原点在墩底截面形心处，!轴为桥梁纵向（顺桥跨方向），"轴为桥梁横桥方向，#轴为竖直向上.桥图1单元剖分及单元和节点编号墩底部取为固定端.桥墩采用C30混凝土，悬臂Fig.1Theunitsectiondividingandunit箱梁

4、采用C50混凝土，混凝土材料参数见表1.andthenumberoftheknots表1材料参数Fig.1Thematerialparameters静弹模混凝土容重泊松比材料膨胀系数-3MpakN·m"C50混凝土3.5>10426.00.1671.0>10-5C30混凝土3.0>10425.00.1671.0>10-5收稿日期：1999!10!15基金项目：河南省自然科学基金资助项目，编号：974052200.作者简介：赖永星（1960!），男，福建永安人，讲师，主要从事结构振动力学计算研究.第1期赖永星等：大型

5、T构桥桥墩抗震动力计算672计算方法及基本理论在线性结构地震反应分析时，采用有限元模型，其结构线性地震反应分析的动力方程为····［M］｛｝［C］｛~｝［K］｛｝=-［M］［E］I（I）（1）g式中：［M］—结构总质量矩阵；｛｝—节点列阵；［C］—结构总阻尼矩阵；［E］—单位矩阵；··［K］—结构总刚度矩阵；I（I）—地面水平地震加速度.g该场地类别为!类场地，设防烈度7度，计算模型中输入的地震波为E1"centro波NS分量，该波主要周期为0.55s，其加速度最大值为341.7cm／s2，计算时把该波的最大值调幅

6、到0.1g（烈度7度对应于0.1g）进行计算.经调幅后的E1"centro地震波如图2所示.在分析计算中，沿桥梁的纵横水平方向分别输入地震波进行计算，不考虑竖向地震作用.取起主要作用的前z阶模态，按Ritz变换将式（1）中的｛｝用前z阶模态进行线性组合，即：｛｝=［U］｛Y｝（2）式中：［U］—结构已知的保留主模态；n>z｛Y｝—z维模态基础坐标矢量.z>1图2E1-centro波将（2）式代入（1）式，并左乘以［U］T，可Fig.2E1-centroWaves得!··!!［M］｛Y｝［C］｛Y~｝［K］｛｝=｛F

7、（I）｝（3）式中：［C］!=［U］T［C］［U］［M］!=［U］T［M］［U］［K］!T［K］［U］｛F（I）｝=-［U］T［M］［E］I··（I）=［U］g式（3）是z个独立的方程，每个方程只包含一个未知量，相互之间不耦合.由Duhamel积分可得I1（"）e#!（I-"）（I-"）d"（i=1，2，⋯，z）（4）Yi="Fiiisin!i!i0式中：!!#l-#2i=ii式（4）代入（2）式可求得动力响应：｛｝=［U］｛Y｝3计算结果3.1动特性计算了桥梁的前20阶纵横向振型和频率.限于篇幅，只给出前9阶的纵

8、向和横向振动的频率.前9阶的频率和周期如表2、表3所列.表2前9阶纵向振动频率和周期Tab.1FirstnineorderlongitudefreCuencyandperiod频率阶次123456789频率／~z1.0352.9304.0998.61715.7215.8423.1324.3639.42周期／s0.96620.34130.24400.11610