拱橋的抗震性能分析

龐 輝

（長春建筑學(xué)院土木學(xué)院，吉林 長春 130600）

拱橋的抗震性能分析

龐 輝

（長春建筑學(xué)院土木學(xué)院，吉林 長春 130600）

本文通過用Abaqus有限元軟件對結(jié)構(gòu)進(jìn)行固有值分析，分別對順橋及橫橋方向輸入地震波，結(jié)果表明，在順橋方向的影響很小，而在橫橋方向，尤其是在拱腳位置上出現(xiàn)了非常大的軸力以及應(yīng)變。

拱橋；抗震；性能分析

1 概述

拱結(jié)構(gòu)是一種常見的建筑結(jié)構(gòu)類型，具有歷史悠久，造型優(yōu)美細(xì)膩、抗壓能力強(qiáng)等特點，因而被廣泛運用于橋梁、隧道以及房屋建筑中，其中拱橋就是拱結(jié)構(gòu)應(yīng)用的典范之一。拱橋在橋梁的發(fā)展史上占有重要的地位，迄今已有三千多年的歷史。拱橋的承載能力強(qiáng)，其跨越性能強(qiáng)于梁式橋。由于拱橋大部分分布在西南地區(qū)，在西南地區(qū)幾乎很少有地震的發(fā)生，因為其有巖石基礎(chǔ)，即使是發(fā)生地震，也不會對結(jié)構(gòu)有太大的損害，對整個結(jié)構(gòu)的固有周期影響的非常小，所以，對拱橋抗震的研究僅僅停留在一些彈性范圍內(nèi)。然而，在1995年的日本神戶地震發(fā)生后，設(shè)計者開始逐漸的認(rèn)識到了只在彈性范圍內(nèi)研究結(jié)構(gòu)的抗震性能是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。針對震后災(zāi)害，并結(jié)合延性設(shè)計理念，日本橋梁規(guī)范進(jìn)行了修改，提出了兩水準(zhǔn)的設(shè)計要求，分別是水準(zhǔn)一（在多遇地震的情況下）及水準(zhǔn)二（在罕遇地震的情況下）。

2 建立模型以及特征值分析

該拱橋主要由橋面板、鋼縱梁、橋墩及拱肋組成。橋的總長是173m，拱長是114m，拱矢高是16.87m，拱橋的矢跨比為1：6.76。其中橋面板是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，截面形式是矩形截面，它的寬度是8.2m，而其厚度為0.22m。鋼縱梁的截面形式是工字形梁。橋墩采取的是箱形截面。拱肋是由箱型截面、橫隔板、橫向支撐以及對角支撐組成。

本文采用Abaqus有限元軟件進(jìn)行分析，分別對順橋方向及橫敲方向輸入地震波，該地震波是1995年日本神戶地震時所記錄的地震波。對一個結(jié)構(gòu)進(jìn)行動力時程分析，首先第一步要算出它的固有周期，也就是相當(dāng)于結(jié)構(gòu)的特征值分析，找出質(zhì)量參與系數(shù)在90%以上的所有振動模態(tài)，在本結(jié)構(gòu)中取出前20個振動模態(tài)的計算結(jié)果如表1。從表中可以看出在順橋方向起主要作用的模態(tài)是模態(tài)1、5、12，而橫橋方向起主要作用的是模態(tài)2.

3 結(jié)論

圖1 材料的本構(gòu)關(guān)系

圖2 Abaqus建立模型

通過對時程分析方法的結(jié)果作依據(jù)，分別對鋼拱橋的順橋方向以及橫橋方向的激勵，來驗證Push-over分析方法的有效性及準(zhǔn)確性，總結(jié)了以下的結(jié)論和建議：與順橋方向相比，鋼拱橋在橫橋方向更容易破壞，且破壞的位置一般在拱腳處。

表1 邊界條件

表2 鋼材級別

表3

[1]日本道橋示方書[Z]，1996.

[2]日本道橋示方書[Z]，2002.

U448

A

10.13612/j.cnki.cntp.2014.04.028