设为首页收藏本站

桥梁网

登录  |  注册  |  订阅

搜索
查看: 4254|回复: 0

大跨径混凝土自锚式悬索桥地震反应分析 [复制链接]

Rank: 9Rank: 9Rank: 9Rank: 9Rank: 9

最后登录
2014-12-2
威望
2
金钱
19277
注册时间
2010-4-21
阅读权限
200
帖子
2068
精华
5
积分
5752
UID
116
lansebeiai 发表于 2012-4-27 16:24:11 |显示全部楼层 |          |
一键分享 一键分享

+ K& B! l* v! X& F; [
大跨径混凝土自锚式悬索桥地震反应分析
/ H9 a+ v5 j& r$ I( Q$ v, {张连振

$ b: L4 w2 c+ g  Z) N

$ l9 i# e5 U5 V5 Z    1 引言
$ o$ Y& K0 `$ R. F5 G4 `    混凝土自锚式悬索桥是我国近10年来发展起来的一种桥梁结构形式,由于其具有造型美观、桥址适应性强以及造价合理等优点,在中等跨径(80m~200m)的城市桥梁方案中极具竞争优势而屡屡被采用。近几年来,在我国发展很快,全国已建成的或在建的自锚式悬索桥已达二十余座,并且创造了用混凝土修建主梁的自锚式悬索桥,降低了工程造价,丰富了自锚式悬索桥的理论和实践。% @7 G; {4 L  {# q1 w1 V* {
    在动力学行为上,由于改变了主缆的锚固方式,混凝土自锚式悬索桥与传统的地锚式悬索桥具有很大的不同。(1)主梁由于主缆的压力作用而变成压弯构件,由于梁柱效应的存在,巨大的压力降低了主梁的弯曲刚度。主梁弯曲刚度的降低使得其振动周期加长。(2)由于主缆锚固在主梁端部,为了平衡其巨大的上拔力而避免出现拉力支座,在主梁梁端都配置有巨大的质量块压重,这些附加质量不可避免的影响其动力特性。(3)对于双塔三跨标准布置的自锚式悬索桥由于结构受力的需要,结构形式必须采用纵向全漂浮的体系,因为这必须保证主梁在巨大轴压以及温度变化引起的纵向自由伸缩。(4)独特的采用混凝土材料修建主梁,使其结构的质量和刚度分布与传统地锚式悬索桥常用的钢箱梁结构有很大差异。这些因素的存在使得大跨径混凝土自锚式悬索桥的动力行为与传统的地锚式悬索桥有很大不同。因此,开展大跨径混凝土自锚式悬索桥的动力性能的研究具有重要意义。& E: C- K! W2 j' v
    朝阳市黄河路大桥主桥采用混凝土自锚式悬索桥,主跨180m,是国内目前建成的最大跨径的混凝土自锚式悬索桥。本论文采用Sap2000结构分析程序,考虑各种几何非线性因素,对该桥的动力特性和地震反应进行了全面详细的分析计算,得到了一些结论,对同类工程具有一定的参考价值。# v+ ^5 _7 m3 b2 E

; Z- C) M6 a$ V( T  _+ k
    2 工程概况与有限元建模
% T! J- e$ n) u5 k
    2.1 工程概况! r4 W5 s& V  `& y' ?
    朝阳市黄河路大桥位于辽宁省朝阳市东部出口,西接城区黄河路,东接凤凰组团开发区,2009年8月建成通车。该桥主桥为双塔双索面混凝土自锚式悬索桥,跨径布置为73+180+73,全长326m。主桥采用塔墩固结、塔梁分离的半漂浮体系,主桥在桥塔和过渡墩处均设置活动支座。桥面全宽31m,横向布置为2.5m(人行道)+2.5m(锚索区)+0.5m(防撞护栏)+3.0m(非机动车道)+2x3.5m(机动车道)+0.5m(中央分隔带)+ 2x3.5m(机动车道)+ 3.0m(非机动车道) +0.5m(防撞护栏) +2.5m(锚索区) + 2.5m(人行道)。桥塔采用钢筋混凝土结构、矩形截面,门式桥塔,塔柱全高49.427m,下部基础采用群桩基础,每根塔柱下面设置9根直径为1.8m的钻孔灌注桩,按嵌岩桩设计。主缆采用高强钢丝,预制平行索股架设,主缆直径39cm,吊杆为平行钢丝,吊杆间距5m。桥型布置图见图1。& c) h6 f" M+ D  p
7 n4 i4 p) j2 e$ a& {

image002.jpg


9 m7 h9 P# e! j( ^

图1 朝阳市黄河路大桥桥型布置图


. Z% L: W2 L7 q6 g9 u8 i# i# Q
' Q" t' l7 \5 W

* L8 X- t' o$ I) h2 W    2.2 有限元建模
9 B: ^% o; @9 a& Q$ Q, n3 R
    本文有限元建模采用Sap2000程序。为准确模拟结构刚度、质量分布,建立三维空间分析模型。# X; \0 j' J& o! ?7 E) P4 P$ a
    1) 桥塔、主梁全部采用空间三维梁单元,模拟中考虑轴力对刚度的影响,计入梁单元的几何刚度,将成桥状态桥塔、主梁轴力以初始力的形式,加入到结构中。* A4 D* `; `: P# F+ t( E9 l
    2) 拉索、主缆采用三维桁架单元,计入重力刚度,将成桥状态拉索索力以初始力计入几何刚度矩阵。6 c5 p& L! B' `- x
    3) 质量单元采用集中质量矩阵。. Z) M0 N8 _* P' O& }8 N2 q5 R# ^$ d
    4) 考虑引桥的影响,将引桥一同建模。  N& {# R: p* ~% o3 f3 I, L4 V4 d
    建模中所用的参数见表1,边界条件见表2。本桥结构体系为全漂浮体系,主桥范围内纵向无约束,自平衡体系。
( k9 c8 ]3 J" [% p1 Q* {& P. M7 v$ F
: t2 N$ V) c( y6 Z0 C

1  材料与截面参数


6 B: K; v' e) J# A: H( ]
; c. [2 A5 }3 N0 d- _! L$ m

类别


- s. [  ~  c9 S- a7 A, o

6 i$ |7 x3 P/ |3 \/ x* S

Am2

+ L* d; g! A- ^

: q/ M$ P2 Z9 \1 L1 a

I2m4


7 `* _$ T  z. L& J7 I

" b. B7 ^+ X; p( P6 h9 B. d+ ?

I3m4


! l- g3 s. {; d& l$ T3 e# F+ y
1 I) y3 [/ M: |' ~

Jm4

- F4 L2 x3 C( N  F3 f4 [
7 G5 P; N3 m+ R. ^# L) L

ExkPa


1 x8 Z! Y: R2 F- J% r: Q/ p0 k
: S# I4 Y/ g' ]  U7 ]3 Y5 g+ B

μ

' X* t( W& B- N2 c2 B7 I
* C6 p( `. B5 C; m- O0 u

ρ

  

kg/m3


) _7 l9 w; K2 {
5 I+ y. v( h" h5 S* |

主梁


& x7 q9 N" n( j& r
# J8 ]/ c% r0 l; {) ^

13.116

# E& B: e+ H" {2 {9 _( y' u9 p

" p# z; L3 d5 L

524.88

3 T6 Z' J( }. s3 |0 N# U+ E
+ x& v4 G) \% q/ w

12.599


& D% e3 Z% C& J8 ?. q8 S$ B- [

2 K- c& D4 X* I) t2 V

41.468


! u0 a0 j8 I) _3 ?1 h2 z6 J5 y: A& T
4 x/ W4 Z4 Q& u* B" u8 L

3.55E+7


: w6 Q2 j3 [6 i9 }% Z7 G  M- J
3 H: [0 Q3 p# H

0.166


* g5 e6 {# @$ R; Q, f
* I3 O2 |+ M- S" E5 b

3341


0 L, X8 A3 Z3 x* ^# y9 t) W  H
& ]$ A) {3 X/ l$ `5 J+ o" o

桥塔

: g& D+ w8 k; z% m

' @- _/ S1 t! U. @

10.7457


/ q6 `) z6 W  z

' F+ E8 j" w6 w

5.224


$ D9 Y: d8 l, v. B3 c* ~* I  T

, P8 F$ U' E, ~' o( G9 a

16.9527


9 I. U* {/ N# X

2 s0 h. c. S2 U  w

15

9 T% X" |! f* A2 A( G% k* A

! b: A+ k  G/ r- \

3.55E+7

% E% u1 C6 C4 Z* t6 L' T2 U1 A( A; `3 ^
6 p2 v, [! M8 P$ v

0.166

/ e5 D7 L# A: V9 i2 e2 Z! t
5 J9 z' J( ]( C& x, L3 J& ^3 w

2500

9 U7 B/ t, n- \( ]

; U; c4 s5 P$ |6 n( D: I0 A

主缆


! k3 V0 `$ T* j8 c7 @( O

3 ^0 f1 i, [( z0 I

0.099

0 u, O% _9 h' {3 ?

% T& T% w: n$ t% T

0

. ]; G6 N: N" {" P1 l
- D! H0 F( Q/ {* ^! P

0


" w9 ~2 o3 |' }5 L" Y
$ s3 H5 D0 k% v% C$ ^

0


# Z, T' w8 r' Q
* U, @2 \$ l' }

2.0E+8


4 P0 c' s- u1 m' x3 ?% q$ v
- o& R3 W6 j# Q* ?5 s" [) m" y

0.3

6 \8 n# ?( f( a/ t8 S6 D
. r( _0 n( n& j

8130


8 H! o7 u5 a% {! P( z, b% V

8 M0 a% I9 ~; D

吊杆

  c9 R# t0 K  i. F5 E( q& A

, W0 Y2 D( e# g$ a2 I& \% T! a8 j# O

0.00419

+ r3 e! B( ?2 M! Q) l2 h

) b- e5 E, z* C9 z3 C, A' r3 [

0


" P8 }% q; I0 A; t" ~

9 Q) S& }: F& e& t4 `4 \3 G

0


( V& x" p- R0 `* F2 k, \( [
5 ], w1 c1 j1 \! ~" ?) ]) J/ B

0

# |& C6 \: G3 V. _
' K$ k, \5 c) x

2.0E+8

9 n, Y. e+ s7 U5 U  b- ]% m' a

! [% l# @0 ^0 U5 _9 n! r

0.3

' v  h& {7 o  o/ A2 }# j5 s
" P  S" _* X9 c6 w% J7 `# \- `

7850


7 Q. P- ~7 }0 s. z7 X

( |8 c! e/ I  o' |- }: `9 _0 a& l, x) E6 k  a$ R

2 边界条件

/ H2 u0 X3 x" h, N! f2 p8 \6 l0 f" @% C

  o' x9 i/ |3 F6 @2 e& ?/ \

位置


; K" v8 H$ f& T: l) G7 E

. S  N/ k; d& e3 C: Q8 C, Z7 S- g

Ux

9 m  @5 d# y( A& t8 l

. ]% l" J; N  B6 W

Uy


: [/ X) @6 A( g/ E$ B- Z
/ q! C( t! H- C

Uz

! ]+ _, ^1 J% ?; C& i
9 G" Z2 d  c4 D9 U

θx


" D' {$ g4 }+ o  o0 ^# Q1 v

9 W: v1 x% N( p$ M9 T( W

θy


% \& Z9 M5 A- _( X7 a# h" i

) N3 \7 }7 u8 B& C* H" W& B

θz


* Z0 v, L: z7 U1 |, p& d

4 J* z! M' W  ?, m1 R

塔底


& t5 e. l! f7 w( P' |, V
! b. g% g3 T; R0 p: h5 z

( Y3 {' s: N' V# A% q
" F3 D/ H. F' p! v( J+ M1 {

" u0 o4 [( Y. z# D' b- ], {
  z* I+ W* b0 l2 f

. e9 r! @0 R9 w
6 g. Z5 E  G7 h! S8 K

/ \3 ?$ o! t3 m: |5 [9 n' D6 `
4 [( M. O- s/ K+ W' H1 H2 N, @% U

( ~. F3 O& ~4 S3 X3 J
+ v3 B% }. w. |! ~6 S  D


6 u1 H0 x5 U( k# t" r8 P1 ~

) `; ?3 R; a8 h" ^

主梁端部

# {8 R. @3 k) N/ @! a

7 {, J. s) E7 h0 f8 w" n) F  O


3 X! l0 T/ E! [/ K" p  r
* Y4 [1 ]+ [# Z6 I


* D5 X8 X# `/ P5 i
- F5 i! N6 U' O/ j. P, C

7 n7 {7 i. w' Q" n0 l9 o; z

. ^. C- |. Y6 G7 n" |

  v, f6 P& ^! a4 f& A, ]

8 d1 A: h, [$ [& ]# F

3 L. }1 G7 @$ ^( R" T( c

- n' N% M, |+ e( e/ ]2 T& j


5 q) ^/ x7 P, [% Z0 \! @9 m

, ~" a* ?! Y0 }; u

塔梁相交处

' Q6 ^' L( `! F. r; R2 |+ e2 v* l
, f" a1 a3 y- N/ G) i1 B0 r


  `+ D( t, W) }  H, K

2 t# A' S2 b3 S8 k


6 V' j. k/ M' c. o: n5 e- I( D
  |- l! k5 Z6 K% q% X


! H6 P2 y+ a4 V) ?9 m6 V1 y/ ]+ {
0 c; Q4 a; ~1 s; C: E" ^0 D


9 S4 U9 Y& ?* v0 S, b  A

8 w/ I3 V  U* y" G" ^3 e: k

' \$ k; N, n5 H$ f$ K/ \

( N6 q0 t" \( V: R% V2 `7 n6 _


2 i8 Q% j2 `; C" V' O
% g# E6 L; `+ x, I& U2 W5 }+ b$ l

边墩底

, t4 E' w; E) z3 e4 E" ]" o0 b

  e$ L8 q* m# g5 H# Q, v) E


* B" i2 n5 B" ^: @7 X+ D  h: F
: z9 o& P* ]0 P1 O) ~

* v% Q7 ^, U$ w, y' ^( L' J
/ l# ^! X+ a  y8 i; O$ K7 b


0 `7 ?( ?4 u9 ~% G

) P$ R; F: T! l2 t( W7 M2 j

7 p2 q/ r5 s& M) P
* n1 A% R+ I" O) G/ M  |' o

- w6 C8 O. \2 i, U4 H; h
) b! {2 J" }% _8 e+ V

. @1 W3 W; ~& Y& {: r
' K! \. p9 e) N% p
5 l% U% q  {/ H! g# {
    注:塔梁结合处,主梁与桥塔下横梁主从约束。$ I3 b0 `/ ~+ X2 b+ [3 v. d. u( a, H
    全桥共划分为1102个单元,952个节点,建立的全桥模型见图2。" f0 u- }& _1 h/ F
  C: E+ t( l0 {: s

% j# `1 \, o- V- ?+ x

image004.jpg

  [5 B8 D8 D/ g& k- V' `9 F

图2 有限元分析模型


+ X$ o, c  A- b: P/ _5 ]* J0 r$ j/ K& G& a' F3 S

2 U! J/ C+ y' y8 o% C" [4 h; j    3 动力特性分析
3 T* [' P3 e' ^, \7 I/ O    利用前述建立的有限元分析模型,采用Sap2000模态分析的子空间迭代法,计算了朝阳市黄河路大桥的前200阶频率和振型。表3给出了模态参数序列。

. @8 B3 c# Y5 T% S# ]' ~
- `; {% T) ]# U) K5 k  A
# q1 x5 v  h, Y+ f+ u7 B; A

表3 朝阳市黄河路大桥动力特性计算结果


! y$ K8 C9 w, P, B8 l' i$ U
/ Q2 _( S# V8 }+ J# u5 C) t9 Q

阶序

0 c. F& T4 q/ g! ^- y2 L6 W
) }0 Y" N) H: s3 {' F' M2 u

频率(Hz


% H* I% z+ I- G  n+ c* x
; w/ U4 y+ u* Y4 P  l) Q. Q

振型描述

# c& b2 Y% x$ Q2 W% h8 K
  v2 L$ ^$ Z. S0 A& Y5 t

阶序


& d6 z+ @( a4 c7 O) j+ v3 W* Z

$ D  u: e& ~! P: W

频率(Hz

3 q" n6 p( R& [) @- a& Y
* }0 c2 Q; z1 ~$ G0 N' _+ q# H, k

振型描述

$ F: Q2 p1 _8 H1 u! o

- h; y+ `: C) u

1


9 `. h4 W& f" J0 }

; {! n/ u4 l3 k# _+ t; ?! d# z

0.213

; Q. V4 r3 K$ H0 |- c: g

& m2 z# B" B2 m. D3 X

主梁纵飘


. `* L$ V* I/ B( M3 m9 a& R, k2 j4 ^

2 `$ q5 ~' H" \* l6 s! U$ Q

11


( |3 r' l1 P- A# h( v% }$ [8 P. S

/ J, v: [* @8 Y' E( u2 _

1.388


- @% s& }8 _6 g: v/ Y

+ y- T* K! \, P6 l: W$ H3 p. C

主梁竖向弯曲


9 r* y2 ?1 f1 v5 l0 c

9 w0 _! h" |! {# N* q% L

2


) ]% w0 B( h! q6 Q" a

# S9 c, u/ e; v4 V0 b

0.457


2 s8 Y. k" E" ~% G. R  v& R" ?& O- b

4 X0 ?1 r# |/ n+ _) G& B# m. z

主梁1阶对称竖弯


- D0 `1 a6 z& R8 \! S0 T
/ L/ a6 ]# V  v. T2 j% v

12

3 y, L  M% b0 M- ^1 p; _3 x

/ j$ S) b6 q/ \- m) `, b

1.532


# v( E% T( c$ \1 G1 n7 N9 p) Y
% m; A9 g- m& {$ d; `1 r2 ], W4 l

主缆振动


/ S7 }. ~+ i- R  r& y9 E$ D( ]$ s
5 a( i% `; q) Y. ]$ `  R! Y

3


: I8 {. n  w% g  R9 L* }
5 T0 Y+ d3 U0 m' y" M7 C& M* \

0.635

' J3 z* v% q3 @& q& O8 D5 a" g

! {) V0 E  [4 {' z( [

主梁1阶反对称竖弯

1 Z6 X6 @' j9 e/ q# `

" c$ d- M: |, @) r& T8 [

13

% O7 {9 Z1 ^7 m6 ~6 |
; m& K% o( U; |

1.550

' r1 ?  D4 H) O* p
6 n. p6 g7 ^: q$ W8 X

主缆振动

, F7 b% h) ?: m. p5 }$ N8 ?
: M' S. _% i6 C& ?# O3 ]

4

# e: j- R1 p% ~! b' j/ R
( k; \# G9 R/ Q9 ?' y

0.821

6 C6 o4 f1 `' ]
* {9 @/ k) M6 c- l

桥塔对称横向弯曲

. \& Q$ G/ r7 |/ g, Q$ K! V7 X

. x1 c: o3 S8 c) h

14

* `: _2 `( [0 ?: p

' V) ^6 ~5 Z" t* q2 z

1.684


0 u/ O- G2 e. G3 e+ N% z

* u" `+ ~8 {+ D

主缆振动


6 v; ]* X, c" u) l

# I6 b1 N+ v% y) d$ j: ]. }- H

5

( G, w7 \3 g2 ]  r( ]0 T/ I& s
$ f5 d  d4 r$ h! |$ H6 H9 J8 y

0.985

% U; _8 X# d0 H2 P
# o2 s7 |) I! E! @" x

主梁2阶对称竖弯

; T" ^% s- Q6 T* L/ Y6 ~

4 T" ~' Z# T/ K: i8 K% w  ?' T$ f

15


: F7 B$ Y4 v' P6 N
, [2 e: C- f8 m  L4 C$ m9 Y

1.690


9 J3 ~0 ^8 [+ m' b
$ i6 N" ?6 ?6 }% E4 n/ b

主缆振动


9 v" h$ x4 X. I; E
  }% x6 O! f) @  _

6

$ R: i& ?9 u7 ]# \9 D0 A
* G' W5 ~( @( \

1.038


) m1 m2 `. ]- x8 \$ B# X: S

+ w( j' @4 B" ^1 e) t4 P

桥塔反对称横向弯曲

7 t$ E. V' N0 B! ~- g+ n$ d

- M+ g+ Z3 ^9 R9 O8 e/ ?

16

* D( k2 c3 \" [4 n

* E, o7 o  U- ^8 F0 X8 J2 g* r

1.704


1 ?- f1 `+ _. U' y; h2 v
) `; u; C5 E1 `

主缆振动


: X! N  p. k6 Z( @$ f
; m  S, y. i* z6 n" @, S0 c

7


, Y' [& P" y& I) V. `8 m

2 |- Q$ D5 m9 Z/ H

1.174


' {: I5 j) A- t* W
7 f4 Q  w9 w! i( y- l. I% ^! I3 r

主梁横向弯曲


9 o9 m/ k" j; J% r" `( f* o) D
' s, R7 a" s" _7 P

17

9 G! p* ?$ {! I# q7 T, {

/ j- g% H; o! i: L6 F0 c0 o

1.719

- S: o* `# L7 z4 ]8 {

' e( p% w* u0 d

主缆振动


0 g: K" T1 r. O5 k& Z

7 I1 U+ E  h! E) `; J

8

2 ?% l" c+ T4 O

$ F+ ]( R/ ~+ _0 V

1.287


4 S' z) d4 l9 Q7 h& l) @. V2 g. f

0 |0 y6 b8 t9 F7 r' B. \( {

主梁竖向弯曲

' j0 o$ k* z1 q9 r& l9 _) N
8 l: y8 N; P8 r/ z( W0 b

18


; V* I$ w; v+ a

$ Z8 \, j" p! {5 h

2.150

$ T% B  G1 {0 z. _! i. z' p
- f! B: Z5 C# A5 i6 P+ b

主缆振动


$ j* l7 V9 }! G+ b5 r. N5 U. R
- d# s- c7 Q: [

9


0 N' J  v7 a+ z4 D

9 z. d  h% C+ V

1.339


" D! y- o( ~4 _# y$ ^. T4 t8 B. U

5 v( A& I$ U; J$ p

主缆横向对称振动

& W- g1 f7 m( Z* q' X2 J& r4 Q$ j

! j- Z7 a" [) d# x7 `* k" P* K) [

19

: b6 t7 P6 b% o& t
4 }/ q  Q  T# g4 k0 q5 ^1 J

2.161

7 C' m6 p: _* o; e$ s
) U6 S* |6 T+ q2 I" p% b

主缆振动

0 N7 ?1 L+ ^, `" z+ G
7 ~( ^  n, c3 K: m

10

0 p3 z, [4 u- j

& V' y2 E! A2 V6 M$ r  s% q1 Z

1.365


+ r0 L$ ?& N* u: y0 l; n

! d% t- ^4 a2 j: z2 R& e. g0 s

主缆横向反对称振动

- e, M' i. s( l2 L  `6 H, _& b
) q( _( j- J# B9 H  X- R1 R

20

# t  R9 P# r) i& r+ R; H7 R
0 X/ p! K: v& ^) b) F

2.255


2 ~  y8 ], R7 N- T2 x4 s

9 ^4 n7 n5 {: V- h7 h4 P

主梁桥塔弯曲振动

0 [; q: u# z# r) }) E

5 P" N2 ]& v) A1 d' B' P1 C% ]! d& A+ c- C2 }8 c
    从上述混凝土自锚式悬索桥动力特性的分析结果来看,有以下特点:4 u# o8 y  W4 F( G$ T8 ]
    1)
由于结构为漂浮体系,纵向无约束,导致结构纵向整体刚度较小,所以结构振动第一阶振型即出现主梁纵向漂浮,周期达4.69秒,由于纵飘振型出现较早,可以预测桥塔在顺桥向的地震动激励下,将会产生很大的地震力和梁端纵飘位移,是进行抗震设计的关键。  V, r$ Z& H. K1 i
    2)
混凝土自锚式悬索桥的振型分布比较密集,从表3可以看出,从0.212hz到2.55hz频率带内,分布了20阶振型。振型之间的耦连效应较突出,因此在后续的反应谱分析中最好采用完全二次组合法(CQC法),并尽可能多的选取振型参与计算,否则会影响计算精度。( C7 [2 Z5 N7 ^% M# z3 R, {
    3)
桥塔横桥向振型出现较早,说明本桥桥塔的横桥向刚度不足,在抗震分析中,应注意横向地震动的作用。& N$ l" Y7 W: ^1 g9 ]3 h
    4)
主梁和桥塔的扭转振动出现较晚,说明本桥整体扭转刚度较大,弯扭耦合效应不突出。
1 h0 n8 u2 K4 v5 u1 ^4 i9 [5 Z. d+ v; z
3 k/ s! w% ~8 f4 X
    4 地震反应分析
0 Y: A& J  O5 r, Z9 K    4.1 设计加速度反应谱和人工地震波. e' B' }/ n& G) F
    根据国家地震烈度区划图,朝阳地区为抗震设防烈度为7度,设计基本加速度值为0.1g。根据桥址处钻探资料,桥址处土层为中密或稍密的中砂、碎石、粘性土及未风化岩构成,土层剪切波速大致在250 m/s至500m/s,因此判定桥址处为Ⅱ类场地条件。对于混凝土结构一般阻尼比在0.05左右。采用2008版《公路桥梁抗震细则》提供的设计加速度反应谱,综合确定本桥设计反应谱参数如下:Ci=1.0 ;Cs=1.0 ;Cd=1.0; A=0.1g;卓越周期Tg=0.35s。则Smax=2.25CiCsCdA=0.225g。
! c& y$ t8 P" x: u9 z2 m* t, ~$ y    为得到用于时程分析用的地震波,本文运用三角级数叠加法生成拟合规范反应谱的人工地震波,拟合依据是采用《公路桥梁抗震细则》提供的功率谱函数。拟合生成了朝阳黄河路大桥的人工地震波。加速度反应谱对比见图3,功率谱对比见图4,生成的人工波见图5。
+ N4 c4 H+ w1 x$ t
2 v) w0 _% }0 E+ E- v" @3 o

image006.gif

图3 人工波拟合反应谱与设计反应谱的对比

; z& [) ?: p8 ^

image007.jpg


2 K* R. Q* }+ e

图4 拟合的功率谱曲线对比


& z0 p3 a; n) g. y . H1 x% s' c* A! R5 Z  l) V7 D. K
) A; |5 n2 L- z: P/ q' b* N

image009.jpg


  v; \' i9 l/ B

图5 人工地震加速度波时程曲线

; r0 i' _! T* ~
. F3 `8 n8 Q5 T  J! v! _2 ?
' y$ _! ~% Z) g; {$ J# E
    4.2 非线性地震反应时程分析% L( s- \$ T* h5 _% \" a5 q
    采用前述建立的朝阳市黄河路大桥的动力计算模型,进行全桥在地震作用一致激励下的时程分析,采用纵向、横向、纵向+竖向、横向+竖向、纵向+横向+竖向进行输入对比分析。在时程分析中考虑两种非线性的影响:(1)大变形效应;(2)P-Δ效应。非线性分析均采用大型结构分析程序Sap2000完成,在分析定义中正确的设置相关非线性参数,分析工况考虑上述两种非线性效应。时程分析中,采用程序建议的HHT直接积分法。
( n- i3 g, p7 J7 F3 h) O  `" U9 s下面给出计算分析结果。
1 [1 Q( @- z) C% d    (1)纵向地震波输入( c* G8 I  ^6 W( _5 ~- }; {, j+ W7 s
    结构反应见图6至图9。从位移反应时程可以看出,桥梁位移反应最大的是主梁纵向漂浮和桥塔顺桥向偏位,梁端最大纵飘位移0.068m,塔顶最大水平向位移0.0532m,最大值基本上出现在地震动4s的位置。主梁和桥塔的横向位移很小,基本为零。从内力反应时程和峰值来看,主梁边跨跨中区段的弯矩较大,中跨弯矩较小,桥塔最大弯矩出现在桥塔根部,是该工况下的控制断面,塔底弯矩峰值为38674.933 kN.m,大约在地震动4秒左右出现,震动过程中,正负弯矩交替出现。主梁最大峰值为6167.14kN.m,发生在边跨中附近,在地震动4秒左右到达。( t+ L* f  u* N+ h' P8 i

, Z! c( t+ X6 b- [
4 F; \! c3 J/ i6 w' [; p  O

image011.gif

图6 主梁弯矩(M3)反应峰值包络图

# l( C2 R3 x' F2 L" G/ @4 C7 C

image013.gif

: E. A  T1 o) a$ f6 @- b5 c( h* ~

图7桥塔弯矩(M3)反应峰值包络图


3 ^7 z; T. E0 q' G1 x( x4 _7 z1 |
. E" V- e0 B8 q* R& E
) R9 x6 E9 m# P) ?% V, _& c9 C

image015.gif

图8塔顶位移反应时程

% X& a4 x3 k! k1 i$ R

image017.gif


$ W) D6 g9 C! a( z  G. u0 t; \

图9 桥塔塔跟截面弯矩反应时程


* T' G$ ^5 R! b7 v- l; h' C. y4 g+ u& k- |$ k: C

8 g0 h8 U4 s" \# u% s    (2)横向地震波输入" N1 }' ~/ t- |9 n% C8 J- m
    结构反应的峰值包络以及反应时程见图10至图11。
( F9 u; \) }  O, k# \    横向振动的各反应峰值也基本上是在地震动4秒出现。横向地震动输入下,桥塔最大弯矩在根部截面,横向弯矩最大值为29249.193kN.m,是桥塔横向抗震能力的控制截面和控制工况;主梁最大弯矩发生的中跨的跨中,最大弯矩为131876.919kN.m,是主梁横向弯矩的控制截面和控制工况,但一般主梁横桥向刚度较大,该工况一般不控制主梁的设计。主塔最大横向位移为0.0428m,发生在塔顶,主梁最大横向位移发生在跨中截面,最大值为0.01268m。结构各构件纵向和竖向位移较小,基本上以横向振动为主。% T( ^, ]# Z: q

( a3 k% H6 M+ b4 l% e

image019.gif

图10 主梁弯矩(M2)反应峰值包络图  

6 c" B' V8 _' L+ l4 ~

image021.gif


* _! t6 f4 W- T) m2 K: Q

图11桥塔弯矩(M2)反应峰值包络图


, q' j2 Y7 T4 s: m5 b8 W7 |) g: J- N; X- m+ L
    限于篇幅,其他工况计算结果不再一一列出。从地震反应的计算结果来看,大跨径混凝土自锚式悬索桥的抗震设计控制点是纵向地震波输入下的桥塔塔跟截面弯矩和主梁梁端的纵向漂浮位移。本桥塔根部截面最大弯矩为38674.933 kN.m,梁端位移为0.068m,抗震性能是满足要求的。
3 o& T2 c% E! @7 g/ I8 K1 T    通过大量计算,得出以下规律:(1)混凝土自锚式悬索桥的地震反应分析应考虑地震的空间性,计算时需要考虑地震动输入的空间角度。不同地震波入射角激发的结构振动是不同的。(2)混凝土自锚式悬索桥抗震设计的控制构件是桥塔,最不利截面是桥塔根部,最不利地震波入射方向是纵向。竖向地震波入射,对桥塔的地震反应影响不大,考不予考虑。(3)竖向地震波会将结构上下抛掷,控制主梁的纵向弯曲振动。在主梁的抗震计算中必须考虑竖向地震动的影响。(4)三维地震动分析表明,混凝土自锚式悬索桥的空间耦合振动效应不明显,可分别按单方向进行抗震计算。
0 @! W0 x% h1 p, ^& ?2 L# E7 ~; U  g
% q8 t0 A/ p. u4 l1 j  t
    5 结论
8 O! ?( \7 Q: I% ?$ }    本文采用Sap2000程序,对朝阳市黄河路大桥主桥大跨径混凝土自锚式悬索桥的动力特性和地震反应进行了详细分析。得到了该类桥梁动力特性、地震反应的一般分布规律,指出了该类桥梁的抗震设计要点。研究成果可为同类桥梁的抗震设计提供参考。6 y# U8 V7 r9 R- M) ?! D
( D- `& o+ V9 O* f
5 ]5 \6 D! {0 O# H2 o" v* T3 d
参考文献& a7 c2 M& ]9 y  h/ r& |) v- J4 f1 Q
[1]谢旭.桥梁结构地震响应分析语抗震设计.北京:人民交通出版社,2006
0 {! {/ x$ `& s. H7 T$ l$ m[2]公路桥梁抗震设计细则. 北京:人民交通出版社,2008

7 b- A! E2 U; h( b( e2 `
9 k7 a' m. h7 B: u" v. \
百度谷歌雅虎搜狗搜搜

举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册



常务理事单位        

武汉一冶钢结构有限责任公司
北京市市政工程研究院
江苏沪宁钢机股份有限公司
中交第二公路工程局有限公司
无锡路桥集团有限公司
林同棪国际(中国)工程咨询有限公司
北京城建道桥建设集团有限公司
山东高速集团有限公司
上海市城市建设设计研究总院
湖北省交通规划设计院
四川省交通厅公路规划勘察设计研究院
四川公路桥梁建设集团有限公司
广东省长大公路工程有限公司
武桥重工集团股份有限公司
贵州桥梁建设集团有限责任公司
中交第三公路工程局有限公司
湖南省交通规划勘察设计院
中国船级社实业公司
北京中交桥宇科技有限公司
江苏法尔胜新日制铁缆索有限公司
华杰工程咨询有限公司
北京建达道桥咨询有限公司
天津市市政工程设计研究院
广州市市政工程设计研究院
贵州省公路工程集团有限公司
中铁大桥勘测设计院有限公司
上海市市政规划设计研究院
中交第二公路勘察设计研究院有限公司
武汉二航路桥特种工程有限公司
深圳市市政设计研究院有限公司
江阴大桥(北京)工程有限公司
广西交通规划勘察设计研究院
河南省桃花峪黄河大桥投资有限公司
江苏省交通工程集团有限公司
天津城建设计院有限公司
同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司
合诚工程咨询股份有限公司
广州交通投资集团有限公司
上海公路桥梁(集团)有限公司
中交第一公路勘察设计研究院有限公司
天津市路驰建设工程监理有限公司
天津二十冶建设有限公司
湖南路桥建设集团有限责任公司
上海隧道工程股份有限公司
山东高速路桥集团股份有限公司
安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司
衡水益通金属制品有限责任公司
武汉市市政建设集团有限公司
郑州新大方史托克机械设备有限公司
江苏宏远科技工程有限公司
汇通路桥建设集团有限公司
交通运输部公路科学研究院
江西省交通设计研究院有限责任公司
中铁十二局集团第四工程有限公司
山西省交通科学研究院
四川省交通运输厅交通勘察设计研究院
大连理工大学桥隧研发基地
中铁山桥集团有限公司
西安方舟工程咨询有限责任公司
陕西旭泰交通科技有限公司
江苏扬子大桥股份有限公司
港珠澳大桥管理局
上海振华重工(集团)股份有限公司
四川西南交大土木工程设计有限公司

理事单位        

行业相关机构        

媒体链接        

行业链接        

回顶部