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预应力混凝土连续刚构桥地震反应分析
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  • 发布时间:2021-09-04
资料介绍

预应力混凝土连续刚构桥地震反应分析
张 敏1,张明金2,林天源3
(1.湖北省交通规划设计院,湖北武汉 430051;
2.西南交通大学土木工程学院,四川成都 610031;
3.武汉市交通基本建设工程质量监督站,湖北武汉 430015)
摘 要:在总结连续刚构桥抗震设计研究现状的基础上,运用地震反应分析的基本理论,以某刚构桥为工程背景,
对连续刚构桥进行了空间地震反应谱分析和地震反应时程分析。主要研究了桩土相互作用对桥梁地震反应的影
响;同时对反应谱分析与时程响应分析的计算结果进行分析;本文对连续刚构桥的地震反应分析得到的有关结论,
可为连续刚构桥梁的抗震设计提供参考。
关键词:连续刚构桥梁;抗震;桩土相互作用
中图分类号:U4425+5   文献标志码:A   文章编号:1008-1933(2014)02-192-04
Longspanprestressedconcretecontinuousrigidframebridge
seismicresponseanalysis
ZHANGMin1,ZHANGMinjin2,LINTianyuan3
(1.HubeiCommunicationsPlanningandDesignInstitute,Wuhan 430051,China;
2.SchoolofCivilEngineering,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu 610031,China;
3.WuhanCommunicationsBasicConstructProjectQualitySupervisionStation,Wuhan 430015,China)
Abstract:Inthispaper,twomethodsincludingspectrumresponseanalysisandtimehistoryanalysisofearthquakeareappliedtoXin
Zhoubridgebasedonthebasictheoryoftheearthquakeresponseanalysis.Themainworkinthispaperincludesthatconsideringthe
influenceofthepilesoilinteraciontotheseismicresponseofthebridge;Obtainingsomevalueableconclusionsbasedofthestudyon
resultsofresponsespectrumandtimehistory.Inthispaper,fromtheearthquakeresponseanalysisofthecontinuousrigidframebridge,
theseobtainedconclusionswillgivesomerefencesforpracticalearthquakeresistingdesigningofcontinuousrigidframebridges.
Keywords:continuousrigidframebridge;earthquakeresisting;thepilesoilinteraction
1 概 况
结构地震反应分析分为两种,一种是以地震运
动为确定过程的确定性地震反应分析;另一种是以
地震运动为随机过程的概率性地震反应分析。结构
在地震波激励下的强迫震动是随机振动,求解结构
地震反应是相当复杂的。在桥梁抗震计算中早期采
用简化的静力法,20世纪50年代后发展了动力法
的反应谱理论,近20年来对重要结构物采用动力法
的动态时程分析法[12]。
高桥墩一般采用柔性薄壁墩,利用其柔性以适
用各种外力所引起的纵向位移。大跨度连续刚构桥
将连续梁体与桥墩固结,提高了结构的整体性,有利
于结构抗震。因此,大跨度连续刚构桥受到了桥梁
工程师的青睐。另一方面,与这种大跨度发展势头
不相适应的是,大跨度连续刚构桥的抗震设计目前
依然比较困难。因为现有的抗震设计规范只适用于
主跨不超过150m的混凝土梁桥(主要是简支梁、
连续梁)和拱桥。大跨度连续刚构桥的抗震设计目
前还没有一个统一标准。与中等跨径普通桥梁相
比,大跨度连续刚构桥的地震反应比较复杂,相应
地,抗震设计也比较复杂。如高阶振型的影响比较
明显,以及需要考虑多点激振和行波效应、各种复杂
的非线性因素、桩土结构相互作用等。因此,大跨
度连续刚构桥抗震分析就显得非常重要[34]。
本论文以某主跨155m连续刚构桥为研究背
景,按照设计地震烈度对其进行地震反应谱分析和
地震时程分析,讨论大跨度连续刚构桥在考虑桩土
相互作用的影响和响应特性;用ANSYS有限元软件
对其进行反应谱分析和地震时程分析并将计算得到
192
的响应值进行差异比较,根据地震反应分析结果,对
连续刚构桥的抗震设计提出有益的建议。
2 地震反应分析方法
2.1 反应谱理论的地震力计算
对结构抗震计算来说,最关心的是地震力的最
大值。上述单质点体系,最大地震力的计算式为:
p=m× ¨δg +¨ymax
=m×g( δ¨ggmax)× δ¨g+y¨max ( δ¨ ) g max
=Kh ×β×W
式中 g为标准自由落体加速度;W为体系的总重
量;Kh定义为水平地震系数;β定义为动力放大系
数,β=SA α0
= ¨δg +¨ymax ¨δg max

在实际应用中,要解决以下若干问题。
1)水平地震系数的取值,应根据结构抗震设防
的烈度水准选用。根据我国《公路工程抗震设计细
则》规定:设计烈度相应于7、8和9度,Kh 分别为
01、02和04。
2)β谱曲线如何确定。结构物所处的场地土
特性是不相同的,因而规范在制定标准β反应谱时,
必需根据场地土分类,分析相应于场地土分类的平
均β反应谱的规律(在三坐标反应谱上可清楚分
辨),作出它们的平均或外包的谱曲线。我国《公路
工程抗震设计细则》所采用的标准β谱曲线,分四类
场地土,如图1所示[5]。
图1 动力放大系数β
Fig.1 Dynamicamplificationfactor
2.2 动态时程分析方法
20世纪60年代后,重要的建筑物、大跨桥梁和
其他特殊结构物采用多节点多自由度的结构有限元
动力计算图式,把地震强迫振动的激振地震加速度
时程直接输入,对结构进行地震时程反应分析,这通
称为动态时程分析。动态时程分析法从选定的地震
动输入(地震动加速度时程)出发,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动方程,
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、速度和加速度反应[68]。
结构地震反应的时程分析法,是将地震波作为
地震输入,水平的地面运动加速度波形表示水平地
震输入,竖向地面运动加速度波形表示竖向地震输
入,然后通过运动方程的积分求出地震持续时间内
结构的内力和变形随时间的变化过程。下面,以水
平加速度波形作用下的单自由度体系为例予以说
明。
图2 单自由度体系
Fig.2 SingleDOFsystem
图2表示某单自由度体系,底部受有水平地面
运动加速度¨u0(t),质点m在任意时刻t的运动方程
为:
m¨x+Cx+F(x)=-m¨u0(t)
式中 m———质量;
C———阻尼系数;
Cx———阻尼力;
x、x、¨x———相对于地面的位移、速度和加速度;
F(x)———质点在位移x时所受的恢复力。
动态时程分析法可以精确地考虑结构、土和深
基础相互作用、地震波相位差及不同地震波多分量
多点输入等因素建立结构动力计算图式和相应地震
振动方程。同时,考虑结构几何和物理非线性和各
种减、隔震装置非线性性质(如桥梁特制橡胶支座、
特种阻尼装置等)的非线性地震

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