某引橋彈塑性地震性能分析

孫福維 陳 泉

(武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430023)

某引橋彈塑性地震性能分析

孫福維 陳 泉

(武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430023)

結(jié)合工程實(shí)例，建立了空間有限元仿真模型，對(duì)其進(jìn)行了相應(yīng)的時(shí)程分析，并對(duì)固結(jié)墩在罕遇地震作用下的抗震性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明該處橋墩在罕遇地震作用下塑性變形滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求，分析結(jié)果可為該橋的設(shè)計(jì)提供參考。

非線性時(shí)程分析，Takeda模型塑性鉸，延性

0 引言

許多結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下都會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的非彈性變形。而最新的JTG/T B02-01-2008公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則就是采用兩階段抗震設(shè)計(jì)，第一階段設(shè)計(jì)是指彈性抗震設(shè)計(jì)；第二階段抗震設(shè)計(jì)是指采用延性抗震設(shè)計(jì)方法。本文主要以某工程引橋?yàn)楣こ瘫尘?，采用Takeda模型塑性鉸，建立橋梁的有限元模型，對(duì)其進(jìn)行非線性動(dòng)力時(shí)程分析，為橋梁的延性抗震設(shè)計(jì)提供參考。

1 工程概況及有限元模型

本引橋工程為一座(6×20 m)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。全橋立面圖如圖1所示，固結(jié)墩為3號(hào)墩。本文以其為分析對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行非線性動(dòng)力時(shí)程分析。橋梁上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，箱梁全寬2 200 cm，梁高110 cm，梁體為單箱六室截面，頂板及底板厚度均為22 cm，單個(gè)腹板厚度40 cm。下部結(jié)構(gòu)為橫向兩個(gè)花瓶形板式墩，每個(gè)板式墩配一個(gè)承臺(tái)，承臺(tái)下接兩根鉆孔灌注樁，樁徑120 cm。墩頂設(shè)盆式橡膠支座，支座布置圖見圖2。其設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為以下所示：橋梁設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為：城—A級(jí)；設(shè)計(jì)車速：60 km/h；抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g，設(shè)防分類為乙類，設(shè)計(jì)方法為A類，按8度構(gòu)造措施設(shè)防；根據(jù)以上條件，建立全橋有限元模型如圖3所示。

2 彎曲滯回曲線計(jì)算模型

在過(guò)去的三十多年中，在大量實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)之上，國(guó)內(nèi)外提出了許多種鋼筋混凝土構(gòu)件的恢復(fù)力模型，總的來(lái)說(shuō)可以分為曲線型和折線型兩大類；雖然曲線型恢復(fù)力模型與實(shí)際工程較為接近，但其給出的剛度是連續(xù)變化的，剛度的確定及計(jì)算方法上存在不足。所以本文采用折線型恢復(fù)力模型，常用的折線型恢復(fù)力模型有雙線性(Bi-1inear)型、Clough模型及Takeda模型等。

本文計(jì)算中采用Takeda模型，Takeda模型的最大特點(diǎn)是考慮了卸載剛度的退化。圖4為非對(duì)稱Takeda三直線模型的骨架曲線，圖中，K1～K5為不同變形區(qū)域的剛度，Uy1～Uy4為屈服變形，F(xiàn)y1～Fy4為屈服荷載。

3 計(jì)算結(jié)果

本文采用三條地震波，地震波的時(shí)間為40 s。其波形如圖5所示。

三條波作用下，固結(jié)墩塑性鉸的彎矩—曲率滯回曲線如圖6，圖7所示。

三條波作用下，固結(jié)墩墩頂位移時(shí)程分析結(jié)果如圖8，圖9所示。

從表1可以發(fā)現(xiàn)，罕遇地震作用下，本橋固結(jié)墩順橋向與橫橋向均進(jìn)入了屈服階段，需對(duì)其進(jìn)行延性驗(yàn)算或最大位移驗(yàn)算。驗(yàn)算結(jié)果表明本橋滿足規(guī)范要求的抗震設(shè)防目標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

表1 橫橋向激勵(lì)下結(jié)果

本文以某引橋?yàn)楣こ瘫尘?，給出了連續(xù)梁彈塑性地震性能分析的計(jì)算模型，進(jìn)行了彈塑性地震分析及墩頂最大位移的計(jì)算。研究方法可為同類工程提供參考。

[1] 范立礎(chǔ)，李建中，王君杰.高架橋梁抗震設(shè)計(jì)[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2] 謝 旭.橋梁結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析與抗震設(shè)計(jì)[M].北京：人民交通出版社，2006.

[3] 劉道寬.高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋靜力彈塑性地震反應(yīng)分析[J].山西建筑，2013，39(8)：167-168.

[4] 范立礎(chǔ)，卓衛(wèi)東.橋梁延性抗震設(shè)計(jì)[M].北京：人民交通出版社，2001.

[5] 郭卓明，楊玉民，袁萬(wàn)成.連續(xù)梁橋非線性抗震分析與設(shè)計(jì)[M].北京：人民交通出版社，2007.

Seismic analysis of the elastic-plastic performance of the approach bridge

SUN Fu-wei CHEN Quan

(WuhanMunicipalEngineeringDesignInstituteCo.,Ltd,Wuhan430023,China)

Combining with engineering example, the paper establishes the spatial finite element simulation model, carries out corresponding time-history analysis, and studies the seismic performance of the consolidating pier under the rare earthquake. Results show that: the plastic deformation of the bridge pier meets the design requirement. Therefore, the analysis results can provide some guidance for the bridge design.

nonlinear time history analysis, Takeda model plastic hinge, ductility

1009-6825(2014)11-0189-02

2014-01-21

孫福維(1982- )，男，碩士，工程師； 陳 泉(1976- )，男，碩士，高級(jí)工程師

U442.55

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