時(shí)程分析法作用下大跨度斜拉橋的地震響應(yīng)研究

余報(bào)楚 王家嵩 艾 杰

(大連海洋大學(xué)海洋與土木工程學(xué)院，遼寧 大連 116023)

?

時(shí)程分析法作用下大跨度斜拉橋的地震響應(yīng)研究

余報(bào)楚 王家嵩 艾 杰

(大連海洋大學(xué)海洋與土木工程學(xué)院，遼寧 大連 116023)

采用有限元分析軟件MIDAS，建立了某大跨度斜拉橋模型，并通過時(shí)程分析法對(duì)該橋進(jìn)行了地震響應(yīng)分析，對(duì)順橋向、順橋向+縱橋向、順橋向+橫橋向+縱橋向三種一致激勵(lì)工況作了比較，得出了一些有意義的結(jié)論。

斜拉橋，地震波，時(shí)程分析法，彎矩

1 地震波的輸入方法

我們都知道，地震是以地震波來釋放能量的，而且沒有明確的方向，當(dāng)它傳到地面時(shí)，就會(huì)給地面帶來破壞。但是由于每一個(gè)地方地層分布、地質(zhì)條件都存在著一定的差異，反應(yīng)到地面上的時(shí)候，情況也是參差不齊的，沒有任何時(shí)間、空間的規(guī)律可言。當(dāng)忽略地震的空間性，并認(rèn)為所有的支承地震動(dòng)都是相同的，這種方法在結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析中就被稱為一致激勵(lì)法。大跨度橋梁的地震響應(yīng)分析要比跨度小的橋梁復(fù)雜得多，把時(shí)間的變化、空間的變化都考慮進(jìn)去，就是多點(diǎn)激勵(lì)法。多點(diǎn)激勵(lì)法有如下實(shí)現(xiàn)方法：第一種是相對(duì)運(yùn)動(dòng)法，第二種為直接求解法，第三種是大質(zhì)量法，第四種為等效荷載法。在某種意義上說，一致激勵(lì)輸入法可以認(rèn)為是多點(diǎn)激勵(lì)法的一種特殊表現(xiàn)形式，可通過等效荷載法實(shí)現(xiàn)。

2 地震波的輸入

本文根據(jù)場(chǎng)地條件采用最常用的埃爾森特羅波(EL-Centro)，增幅系數(shù)為1，時(shí)間單位為1，分析類型為線性，采用振型疊加法瞬態(tài)分析，阻尼比為0.05。

3 工程概況及模型的建立

本文的斜拉橋?yàn)橐蛔鶎?duì)稱式三跨連續(xù)梁斜拉橋，全長(zhǎng)1 288 m，橋面總寬32 m，主橋跨徑布置為320 m+648 m+320 m，弧度為5%，橫斷面設(shè)置為雙向四車道。該斜拉橋采用空間結(jié)構(gòu)的有限元分析軟件MIDAS來建立橋梁的有限元模型，利用時(shí)程分析法對(duì)斜拉橋進(jìn)行地震響應(yīng)分析，并設(shè)置順橋向、順橋向+縱橋向、順橋向+橫橋向+縱橋向三種工況進(jìn)行對(duì)比分析。斜拉橋全橋的有限元模型效果圖如圖1所示。

4 時(shí)程分析結(jié)果

4.1 順橋向輸入

在順橋向地震動(dòng)輸入的情況下，主梁跨中和塔底的內(nèi)力時(shí)程曲線見圖2～圖5，主梁和索塔的位移極值見表1。

表1 順橋向主梁和索塔位移的最大值和最小值 m

從位移的時(shí)程反應(yīng)可以看出，正向的最大位移出現(xiàn)在索塔的順橋方向上，為0.311 4 m；而主梁的最大位移為0.241 5 m。從內(nèi)力的時(shí)程分析結(jié)果來看，最大的彎矩出現(xiàn)在跨中的4.8 s時(shí)數(shù)值為0.028 t·m，而剪力最大則出現(xiàn)在塔底。

4.2 順橋向+縱橋向輸入

在順橋向+縱橋向地震動(dòng)輸入的情況下，主梁跨中和塔底的內(nèi)力時(shí)程曲線如圖6～圖9所示，主梁和索塔的位移極值如表2所示。

表2 順橋向+縱橋向主梁和索塔位移的最大值和最小值 m

從位移的時(shí)程反應(yīng)可以看出，正向的最大位移出現(xiàn)在主梁的縱橋方向上，為0.359 1 m，比只有順橋向輸入時(shí)增大了15.32%；而索塔的最大位移為0.325 m，比只有順橋向輸入時(shí)增大了4.37%。從內(nèi)力的時(shí)程分析結(jié)果來看，最大的彎矩出現(xiàn)在主梁跨中的5.58 s時(shí)數(shù)值為0.009 t·m，而剪力最大值同樣出現(xiàn)在4.77 s的塔底，為0.028 86 t·m。

4.3 順橋向+橫橋向+縱橋向輸入

在順橋向+橫橋向+縱橋向地震動(dòng)輸入的情況下，主梁跨中和塔底的內(nèi)力時(shí)程曲線如圖10～圖13所示，主梁和索塔的位移極值如表3所示。

表3 順橋向+橫橋向+縱橋向主梁和索塔位移的最大值和最小值 m

從位移的時(shí)程反應(yīng)可以看出，正向的最大位移出現(xiàn)在主梁的

橫橋方向上，為0.394 9 m，相比只有順橋向+縱橋向輸入位移增加了9.97%；然而索塔的最大位移為0.333 4 m，相比只有順橋向+縱橋向輸入位移增加了2.58%。從內(nèi)力的時(shí)程分析結(jié)果來看，最大的彎矩、剪力最大值與雙向輸入相比無(wú)明顯變化。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過運(yùn)用MIDAS中時(shí)程分析的模塊，對(duì)斜拉橋進(jìn)行了基于時(shí)程分析法的地震響應(yīng)分析，采用已有地震記錄埃爾森特羅(EI-Centro)地震波，對(duì)斜拉橋的模型采用順橋向、順橋向+縱橋向、順橋向+橫橋向+縱橋向組合三種一致激勵(lì)工況進(jìn)行計(jì)算分析，總結(jié)如下：

1)只施加單方向的地震動(dòng)輸入時(shí)，斜拉橋整體只表現(xiàn)在該方向上位移及內(nèi)力的響應(yīng)，最大剪力和彎矩均出現(xiàn)在索塔塔底。

2)在組合(雙向、三向)方向的地震動(dòng)輸入下，基于激勵(lì)的耦合效應(yīng)，斜拉橋各方向的位移以及主梁和索塔的軸力、剪力、彎矩等均有一定程度的增加，最大的剪力和彎矩始終出現(xiàn)在索塔塔底。

[1] 余報(bào)楚.混凝土斜拉橋與T構(gòu)協(xié)作體系的極限承載力及動(dòng)力響應(yīng)研究[D].大連:大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文，2005.

[2] 林家浩,張亞輝,趙 巖.大跨度結(jié)構(gòu)抗震分析方法及近期進(jìn)展[J].力學(xué)進(jìn)展，2001(3)：46-47.

[3] 周錫元,吳育才.工程抗震的新發(fā)展[M].北京:清華大學(xué)出版社，2002.

Analysis on cable-stayed bridge seismic response under time-history method

Yu Baochu Wang Jiasong Ai Jie

(CollegeofOceanandCivilEngineering,DalianUniversityofOcean,Dalian116023,China)

The paper adopts MIDAS, the finite element software, establishes some large-span cable-stayed bridge model, undertakes the seismic response analysis of the bridge with the time-history method, and compares the exciting conditions including the bridge in axial direction, the bridge in axial direction plus bridge in longitudinal direction, and bridge in axial direction plus bridge in longitudinal direction plus bridge in axial direction plus bridge in horizontal direction plus bridge in longitudinal direction, so as to achieve some conclusion.

cable-stayed bridge, seismic wave, time-history analysis method, bending moment

1009-6825(2017)10-0167-03

2017-01-22

余報(bào)楚(1974- )，男，教授； 王家嵩(1991- )，男，在讀碩士

U442.55

A