600m跨徑鋼筋混凝土拱橋地震響應(yīng)分析

1、第4期2 0 0 fl年8另中外仝路HlX B il ; 1671 257&（2006 J04 - 0111-0*600 m跨徑鋼筋混凝土拱橋地震響應(yīng)分析王加迫.陳寶春編譯（福州天學(xué)、福建栩州鶉0002）M ft：謂丈對一屋試設(shè)殲縣壯達旳Om的鋼筋混凝土拱祈進持了地J響應(yīng)分析，有限 元棋穀采用非耀性ffmM元*連過對該祈怕題（初應(yīng)力）受力分折和堆Ji響應(yīng)的分析.對大時 徑啊筋規(guī)族土拱橋?qū)Σ煌貏拥姆闯胶团鄻?gòu)的抗性歸進行了評陽矣勺大跨度橋Nh非線性*變豪響應(yīng)fftt*元*抗農(nóng)性龍1引言2有限元模型混瞬土拱橋時徑的世界紀(jì)錄是我國的直慶萬洲 （原四川萬縣）長江大橋，凈跨徑420 國外近年對 混瞬土拱

2、橋的研究相當(dāng)活文抵叮介紹了在法國米 勒高架橋設(shè)計投標(biāo)時提出的主孔為602 m的混凝土 拱橋的設(shè)計商案和R至土木學(xué)會組級的600 m跨位 的鋼筋I(lǐng)S凝土拱橋試設(shè)計的主耍結(jié)由于鋼筋混凝 土拱橋的動力特性會隨著跨艮的增大而投生變化且 影響抗儀性龍*而日本丈暹趟翼頓發(fā)的地區(qū)*因此日本 土木學(xué)會在進行600 m酹徑的鋼筋混醍土拱橋試設(shè) 卄時對其抗燧性能iSRTM點分析.該橋暗輕為600 m、矢髙為1001人主拱圈為三室箱瑤截面.91 布單位 me本文以文默曲為主，看3介紹對這座試設(shè)計大橋 的地廉分析結(jié)果包括恆載（初應(yīng)力）狀態(tài)下的受力分 析和非級性地廉響盤分析*議及輸人不同方向地廉波 對諫拱橋地It響應(yīng)的

3、影響*該橋為固定拱有限元摸型中拱腳三向固結(jié)，考慮 了主拱圈敲面寬度和高度從攜腳列拱U的變化.文柱 沿橫橋向分兩排布立柱與拱均為固結(jié)，長立柱上 瑞與主架為固結(jié)題立桂上靖與主聚為咬接，薛排立柱 閭采用剛性連接.橋葉的有限元模型見圏鑒mz橋橫顯有覘元模型中，拱圈（握凝土和鋼筋）瑕用纖維單 元鋼筋和混攝土為兩種單元*滙凝土的應(yīng)力一應(yīng)變曲 線釆用抬數(shù)函敷曲線，鋼箭的應(yīng)力一應(yīng)變曲線采用雙線 性曲線（圖目）.考慮材料非載性，主聖與立柱采用彎矩 -曲聿（MW關(guān)索的緊單元進行模擬*材料在撮動中 的滯圓性議采用Kakedaft型模主架與立柱模擬城 正交于縱橋方向的剛性框架*同時模型中還考慮苴非線 性受彎性鴿和軸力

4、的變化情況.蕩型中各單元的材料 特性依據(jù)日本公路橋梁規(guī)范Q002年3月fl布確定:混 計強度為砌 MP*（Ef=-3,5X10* MPatffi收 Hi2W5-O6-O9112中外公路(b)禍筋的城力-應(yīng)夏關(guān)93拱肪初料的應(yīng)力一直變關(guān)6 4 2 a 00.服強度為 685 MPai自攝卿期列握型貢就覃撮型駢散自據(jù)周期/撮3!賁獻電方向分量-7.18055乙橫橋向4. 37022X：城橋向art3. 947一扭轉(zhuǎn)四3.81621亂41橋向五2.548一扭轉(zhuǎn)A2. 376一曲轉(zhuǎn)七1.4543乙橫橋向A1.35&4心孰橋向九1. 16744Y.sn十1.0006從表】可以看出3 z向(橫橋向)一階振

5、型的自振 周期最長，為人180陽振型貢軼率為5S%tX向(縱橋 向一階振型的自撮周期為4. 370和振型貢猷率為 22%Z向二階振型自振周期3. 816 振型貢獻率為 21%.除橫橋向和縱橋向撮型外，扭轉(zhuǎn)撮型在該橋 的自振振型中也占了棚當(dāng)重要的地位而F向(豎向)振 動(1*167盼44%直到琳九階振型才岀現(xiàn)，此外，在高 階振型中，橫橋向和縱橋向的自振周期比較接近*結(jié)構(gòu)的初嬢應(yīng)力狀態(tài)週過恒載內(nèi)力的分析來建 立.圖4中的曲線表示不同恒載下拱肋載面內(nèi)力與變 形的分布情況.圖中H(24. 5)(15.0.C0)T*分別表示 有限元計算中立柱的容倉取值24. 5 kN/m3 v 15, 0 kM/肘和S

6、從圖4可以看出，立柱恒載變化對拱肋 軸力的影響較小*對變形和彎拒影響較大.拱頂?shù)呢Q 向變形值隨著立柱恒載的增大而威小而拱腳處的彎 矩隨著立柱恒載的增大而增大.因比，立柱的設(shè)計在 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計中非常重要.rI 立立 ft(L5,0)扳橋向業(yè)標(biāo)血2.0(c)撰肋育矩分布我0BJ恒數(shù)下拱加的變理和我頁內(nèi)力分布曲拔G-zs7sr4 T .1類地震動作用下地震響應(yīng)比校4. 1地購應(yīng)分析600 m吟在鋼爲(wèi)巍黑土耕那地変響總分著113為了評橋該橋的地廉響應(yīng)特性和抗震髓力，對其 有限元模型施加近農(nóng)型地農(nóng)動（U類）和遠(yuǎn)翼型地概動 （I類）荷載進行非線性地11響應(yīng)分析.另外*通過在 兩個主方向（縱橋向和橫橋向）同

7、時施加地戀釣U1及在 3個主方向（縱橋向、橫橋向和豎向）同時施加地靈動. 來了解豎向地II動對該橋地農(nóng)響應(yīng)的影響分折發(fā) 現(xiàn)諫橋?qū)Σ煌愋偷牡夭蛣拥那鋺?yīng)墓本相同.考慮 到該橋?qū)類地廉動的響應(yīng)值相對大些*所以用ji類 地旌動作用下的地靂響應(yīng)來評價該橋的抗廉能為. 4.2輸入地廉潼地廉響應(yīng)分析中輸人的H類地覆動水平分量是通 過調(diào)節(jié)廳）實測的一組地蕙諛f U類地 農(nóng)波、I類場地、水平極限強度反映譜）水平方向的兩 個分量的攝霉得到的其豎向分量根據(jù)實隔的地廉動 豎向和水平方向）的最大加速度來設(shè)定.其中實側(cè)地 矗動水平兩個主方向南北方向NS和東西方向EW） 的加速度峰值分別為312,766 cm/sS向加

8、速度峰 值UD為MM cm/s1 i I類地矗動（I類場地則通過 調(diào)節(jié)在Kaihokatff北）橋?qū)崪y的地療波形的振幅得 到* S2（D類地K動）利表3（1類地農(nóng)動）分別列出 Tffllt后的兩種地震動在3個方向縱橋向LC、橫橋 向TR、豎向）的加速度峰值、速度峰值和位移峰值.從表中可敢看出，作為遠(yuǎn)樸類型的I類地廉詵的*2 J刑占盟應(yīng)實9KQ類地欄動）特ES（H值分方向加速度 /cm 5 1/cm - s 1僮移fanJMAEW76S. 988,3煤8jma-ns812.070.12X3JMA-VD332.240.012+1A3監(jiān)nUEui橋?qū)崪y堆類地廉動特征峰值分方向加運度/cm 8 2遑度

9、 /cm 5 ltiH/cmKA1-LC318+87S, 979.5KAI-TR319,9&7, 890-7KAlUD168.98+2簽1加速度較小.相對于II類地8（動怏周期的振動波在 1類地廉動中起主要柞用但當(dāng)兩評地K動的水平分 童接近于相尊（90%）時，其地廉能量接近相等。4,3地II響應(yīng)4. 3.11類s H類地療動地8（響應(yīng)的比較圖5表示同時在3個方向施加I類地儀和時, 拱肋截而的位您和內(nèi)力（軸力和彎矩）峰值的分布情 況.由于該橋的跨徑達到切Onu其自振周期以長周 期為主因此在I類地矗動作用下，挑肋的橫向位移 及相應(yīng)的面外彎矩均較大F而且挑肋在3個方向的拉 移都接近U類地廉動柞用下的

10、2借*但在類地農(nóng)動? (V-*=”*0100200300400 MX） 600烘爲(wèi)向墜口撰肋直內(nèi)專矩斗值晌應(yīng)曲疑0J) . 0J -010000 JOO 40Q 500600駅轎1*1蟹每加（b）拱肋輸力峰值響應(yīng)曲察106.05.04.03.D2J0朗%100200300400500600訊捕】豎御ef出掛肋血外奇覽峰值晌癥曲歿15拱助在】真堆動（三尙件用下的地響應(yīng)的比較114件用下，拱肋軸力則明顯要比I類地農(nóng)動作用時大得 多而拱肋面內(nèi)彎矩鋰爾種地廉動作用下沒有龍大區(qū) 別.這主嚶是由于I類地離動的振動披痙水平方向的 兩個分量中有一個屬于詮周期分量，所以雖然如速度 峰值較小但振動過程中速度和位移

11、都會變大也就是 說兩種地II動的能量接近相尊只是由于I類地廉動 的竪向分相對于n類地農(nóng)動來說較小所以認(rèn)為拱 肋在I類地震動柞用下的地廉響應(yīng)較小.4,3.2豎向地廉動的影響軸橋向蠱標(biāo)如通過比較3向（縱橋向.橫橋向、堡直方向與焉向 （縱橋向、橫橋向）同時輸人地K動的大響應(yīng)值分布 來対論豎向地虞動的影響.圖6表示在U類地廉動作 用下拱肋的惶移和載面內(nèi)力（軸力和彎矩的反應(yīng)峰 值.可以看出在U類地爲(wèi)動中豎向撮動對拱肋的位 移（尤其是聶向位移）和軸力都有一定的形響而對于 面內(nèi)彎矩和面外彎矩的影響可以鯉略不計因此，采 用同時施織3個方向的地濮動以確定該鋼筋混凝土拱 橋的抗廉性能和地軽響應(yīng)是一個可行的方袪“l(fā)

12、Jr10020030C40030Q600z-052:3 2 e-ssxsfr(M拱加力耳價晌腔曲蜿10020030040Q500600歸）攜肋血外專矩耳値購腔曲炊V6動豐向并的償響曲紅5 結(jié)語通過對跨徑600 m的鋼筋混凝土拱橋的地穩(wěn)響 應(yīng)和抗翼性能的分析可知，對于具有復(fù)雜受力性能的 大跨度謹(jǐn)?shù)K土拱橋來說，髙階振型的影響不可恩略，因 此必須進桿非線性時程分析*上承式拱的拱上立柱對 結(jié)構(gòu)受力有較大的感響*立拄的設(shè)計是大鍔度混凝土 拱橋總體結(jié)構(gòu)設(shè)計中非常朮要的一個何ISj該橋握型 的特征是；順橋向和橫橋向一階振型卓越.豎向則表現(xiàn) 為高階振熨的影響豐I類地厲動對拱肋位移和面外奇 矩的影響較大類地廉動則對軸力的影響較大.地 廉動姿宜分童的影響小于水平方向的兩牛分類，但由 于豎直分量對拱肋的也移和軸力響應(yīng)有一定的形響.因此計算中.應(yīng)在鋼筋混瓏土拱橋上同時施加3個方 向的地樓波.分析表明該橋?qū)λ僭O(shè)的地直動（I類、 I類地農(nóng)動有足翳的抗械能力.參考文：1 嚥寶*維,00 m席屋iflSE土拱橋的試設(shè)計研究LH” 申2006(0.2 K, Miutori* KL Ko9at and H. (hduka. Sei&mic of Super