单塔悬索-刚构-连续梁组合桥抗震性能分析.pdf

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1、第3期(总第146期)2010年6月中圄千放暑农No．3(50riolNo，146)CHINAMUNICIPALENGINEERINGJun．2010单塔悬索一刚构一连续梁组合桥抗震性能分析’黄文雄1一，杨宏印1，谭利英。，张海龙1(1．华中科技大学土木工程与力学学院，湖北武汉430074；2．长江大学城市建设学院，湖北荆州434023；3．荆州城市规划设计研究院．湖北荆州434000)摘要：以乌鲁木齐市乌鲁木齐北一路桥为研究对象。根据该桥的结构特点．采用两阶段分析法的思路，建立了桥梁空间有限元分析模型，分析r该桥的动力性能：采用反应谱分析法、时程

2、分析法计算了桥梁结构在设计反应谱、3条典型地震波作用下的地震响应，较为全面地分析了该桥的抗震性能。计算结果表明：该桥整体刚度较大，桥梁振动以顺桥向振动形式为主；2号主墩墩底截面受力最为不利．为全桥抗震设计的控制截面：塔柱在地震作用下塔底面外内力响应、塔顶面外位移响应较大，在设计时要引起足够莺视。关键词：组合体系桥；抗震性能；地震响应：反应谱分析法：时程分析法中图分类号：U448．216．255文献标识码：A文章编号：1004—4655(2010)03—0086—04乌鲁木齐北一路桥位于乌鲁木齐经济技术开发区二期延伸区域．上跨小绿谷．是一座大型单塔悬

3、索一刚构一连续梁组合桥。桥型方案较为复杂．特别是悬索结构对于桥梁抗震性能的影响不容忽视。为了探讨桥的抗震性能．采用大型通用有限元软件ANSYS．结合桥的结构特点．建立桥梁的空间有限元计算模型．分析了桥梁的动力性能：采用反应谱法计算了桥梁结构在地震作用下的内力响应：并结合地形地质条件选用E1一Centro波、Taft波、San—Fernando波．采用时程分析法计算了在3条典型地震波作用下桥梁的内力响应．从而较为全面地分析了该桥的抗震性能．为施丁图设计提供了依据与参考。1工程概况与场地条件桥型采用分离式双幅自锚式单塔悬索一刚构一连续梁组合体系(见图1

4、)。跨径组合为55．0m+83．0In+83．0ITI+55．0m．设计荷载为公路I级。}墅堂+墅塑+墅迦十墅堂t图1乌鲁木齐北一路桥桥型布置图收稿日期：2010—02一11第一作者简介：黄文雄(1980一)，男，汉族，湖北仙桃人，硕士．讲师。华中科技大学土木工程与力学学院在读博士研究生．主要从事大跨径桥梁损伤识别与健康监测方面的研究工作．该桥上部构造为四跨一联自锚式单塔悬索一刚构一预应力混凝土变截面连续梁组合结构。单幅桥采用单箱双室截面。箱梁顶板宽16．5m．底板宽11．5m，翼缘悬臂长2．5m。支点处梁高4．5m．跨中与边跨现浇段高2．2m，采

5、用抛物线过渡。桥梁2号主墩为钢筋混凝土空心箱形墩．墩高23．323m．与箱梁固接形成刚构体系：l号、3号支墩为钢筋混凝土实心墩，墩高分别为17．873m、11．199m，墩上设置支座，两侧设置挡块；箱梁与2号主墩固结处设置钢结构塔柱，塔高25m．双幅桥每幅设置一座塔柱．悬索主缆锚于塔柱24m高处，两侧锚于主梁两端；吊杆布置间距为5m．全桥共布置吊杆100根。桥址所在场地为Ⅱ类建筑场地。设计地震分组为第1组．特征周期为0．35s．桥梁的抗震设防类别为B类，抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0．翰。2有限元模型建立2．1建模思路与常规悬索桥不同的

6、是：该桥主要承重体系为变截面连续梁，索结构仅起辅助作用，受力并不大，相比主梁其刚度很小。因此，如果直接对带索模型进行模态分析、谱分析、时程分析。模型所有低频模态将全部被柔性索的振动型态占据．不能反映桥梁整体动力特性．导致计算结果与实际情况有较大差别。因此．本桥建模采用两阶段分析法．即：先对不带索模型进行模态分析．得到桥梁整体动力特性频率范围：再对带索模型进行指定频率范围的模态分析．得到真正体现桥梁整体动力特性的频率与振中圄千跋z农黄文雄，杨宏印，谭利英，等：单塔悬索一刚构一连续梁组合桥抗震性能分析2010年第3期型；在此基础上进行桥梁地震响应反应谱

7、分析、时程分析．得到桥梁在地震作用下的内力响应与变形．为桥梁的设计提供参考与依据。2．2建模原则与主要参数由于该桥采用分离式整体断面。建模时取其中一幅桥进行分析。采用具有自定义变截面功能的Beaml88空间梁单元来模拟变截面主梁；桥墩与桥塔也采用Beaml88空间梁单元来模拟。主缆、吊杆用施加初应变的LinklO单元．主缆、吊杆与主梁相应结点采用刚臂连接．构成“鱼骨刺”模型。桥面铺装等二期恒载转化为集中质量单元Mass21附加在主梁的节点上，分析时忽略该单元的转动质量。桥梁边界条件为：所有桥墩墩底固结；2号主墩墩顶与墩顶主梁刚结。1号、3号简支墩与

8、墩顶主梁采用主从约束。主梁两端为铰支座。建模时采用的主要参数如表1所示。有限元模型如图2所示。表1主要材料参数弹性模量E密