壁厚对双薄壁高墩大跨连续刚构桥抗震性能影响研究

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1、壁厚对双薄壁高墩大跨连续刚构桥抗震性能影响研究　　摘要：近年来，全球地震频繁发生，严重地危害着人民的生命和财产的安全。在地震作用下，作为生命线工程之一的桥梁结构的破坏，将加重次生灾害的程度，导致更为严重的生命财产及经济损失。为此，掌握和理解桥梁的地震反应是建立合理抗震体系，采取有效抗震措施的科学根据。本文在简述地震反应分析的基本理论基础上，运用时程响应分析的计算结果，得出一些有益结论。关键词：双薄壁墩抗震壁厚墩高动态时程中图分类号：TU973+.31文献标识码：A文章编号：0引言高墩连续刚构桥具有整体刚度大,结构受力合理,墩梁固结无需巨型支座和施

2、工方便等优点[1],近年来在国内外得到了广泛应用。且在我国西南和西北的高烈度地震区桥梁兴建中也大量采用了高墩大跨连续刚构桥[2]，为了满足刚度的需要，其中大部分采用双肢薄壁桥墩设计，研究双薄壁墩的抗震性能显的十分重要，本文主要对壁厚、墩高对墩顶和墩底地震反应的影响进行研究。1动态时程分析法5动态时程分析法以输入适当的地震动为出发点，其中考虑了结构、土和深基础相互作用、地震波相位差及不同地震波多分量多点输入等因素，采用多节点多自由度的结构有限元动力计算模型建立地震振动方程，然后采用逐步积分法对方程进行求解，计算地震过程中每一瞬时结构的位移、速度和加

3、速度反应，从而得出结构在地震作用下弹性和非弹性阶段的内力变化以及构件逐步开裂、损坏直至倒塌的全过程。由于此法是对运动方程直接求解，又称为直接动力分析法，直接动力分析包括确定性动力分析与非确定性动力分析两类。地震作用下n个自由度结构的振动微分方程为式中：、、分别为结构的质量、阻尼和刚度矩阵；、、分别为结构的位移、速度和加速度；为单位向量；为输入的地震加速度。求解上方程的逐步积分法有线性加速度法、威尔逊一(Wilson)法和纽马克一(New一mark)法等。当结构在地震作用下处于弹性状态时，不改变，即为线性时程分析；当结构在地震作用下进入弹塑性阶段时

4、，要按恢复力特征曲线上的位置取值，在振动过程中不断变化，即为非线性时程分析。2时间积分方法New—mark法也可以认为是线性加速度的推广，其逐步积分格式为：5式中式中的和为用户可选择的参数。参数一般选在0和0.25之间，通常取为0.5。本文计算去=0.5和=0.25，此时为无条件稳定从理论上来说，弹塑性动力时程分析可以准确的计算结构地震反应，而且当结构在地震作用下进入塑性后，还可以进行结构需求和能力的比较。但是，弹塑性动力时程分析法需要耗费很多的计算时间，并且输出的计算数据也很多，这些都不利于结构的设计。正是基于这样的考虑本文采用耗时少的弹性时程

5、分析方法。3结构分析某高速公路1座特大桥预应力混凝土连续刚构，跨径布置为80m+150m+80m，主桥全长310m。主桥箱梁顶宽12m，底宽6.5m，顶板悬臂长度2.75m。，箱梁地板厚度按2次抛物线变化。墩身采用双肢等截面矩形空心墩，肢间距5m，壁厚50cm、70cm、90cm、110cm。3.1分析模型在大跨度桥梁的地震反应分析中,为了更好的对比分析地震效应,计算时共建立16个有限元模型对比分析，在此仅给出墩高95m时全桥三维及简化模型如图（1）所示。图（1）全桥有限元模型3.2地震波的选取5本文分析选用EICentroSite地震波（如图3

6、所示），在计算模型的纵横向施加地震波，不考虑竖向作用，在地震分析时不考虑活载组合作用，仅考虑地震效应。图（2）EICentroSite波时程曲线3.3分析方法计算采用弹性动力时程分析方法计算主墩在不用壁厚时的位移和内力，弹性动力时程选用的分析类型为线性,分析方法采用直接积分法。阻尼的计算方法采用应变能因子。共建立16个弹性时程分析模型，墩高分别为33m、63m、78m、95m，相应墩高壁厚分别为50cm、70cm、90cm、110cm，通过对比计算地震效应得出壁厚、墩高对地震效应的影响,墩顶位移，墩底弯矩。计算结果及分析地震作用下的墩顶位移以及墩

7、底的弯矩在不同墩高不同壁厚下的数据拟合成如下曲线如下图（4）（5）：图（3）位移—壁厚—墩高曲线图图（4）弯矩—壁厚—墩高曲线图结论及建议5双肢薄壁墩在壁厚一定的情况下随着墩高的增加，墩底控制点的内力响应值会逐渐减小，但随着墩高的增加，减少的幅度变小，达到一定高度时，再增加墩高，有增大的趋势，起不到减小墩底地震响应的效果，建议适当增加墩的高度。在墩高一定的情况下，增加双薄壁墩的壁厚，墩底地震响应明显增加的趋势，建议设计时应适当减小壁厚。双肢薄壁墩在壁厚一定的情况下随着墩高的增加，墩顶控制点的位移响应会逐渐的增大；在墩高一定，壁厚变化的情况下，墩顶

8、的位移变化很小。参考文献：[1]马保林.高墩大跨连续刚构桥[M].北京:人民交通出版社,2001.[2]郑凯锋,文曙东,栗怀广.弹塑性连