大跨度斜拉桥地震响应分析.pdf

维普资讯 铁 道 建 筑 2007年第5期 RailwayEngineering 23 文章编号 ：1003．1995(2007)05．0023．04 大跨度斜拉桥地震响应分析 曹永睿 ，钟铁毅 ，顾正伟 ，唐兴国 (1．北京交通大学 土木建筑工程学院，北京 100044；2．中咨泰克交通工程有限公司，北京 100083) 摘要：针对 国外一座在建的大跨度斜拉桥，采用脊梁模型，基于大型通用有限元分析程序ANSYS建立了 斜拉桥空间结构动力分析模型，使用3条实际地震波对该桥在纵、横向地震激励下的响应进行 了计算分 析，给出了主梁跨 中和塔顶及塔底的内力、位移的地震响应规律，取得 了一些有价值的结果。 关键词 ：斜拉桥 时程分析法 地震反应 有限元 中图分类号 ：U448．07 文献标识码 ：A o引言 钢丝索。主桥布置示意图见图。 近年来在国内外桥梁建设 中，斜拉桥特别是大跨 度斜拉桥所占的比重越来越大，斜拉桥的抗震性能也 三-．兰I童 』蠹● -三 得到了越来越多的关注和研究…。 目前 ，斜拉桥动力 分析中对桥塔的分析一般采用空间梁单元 ，但是对桥 面系的模拟却形成 了不同的计算模型，常用的有脊梁 图 1 斜拉桥立面布置图(单位 ：c：m) 模式 、Ⅱ式模 式 、三主梁式模型 、空间梁板式模 型 等模拟方式 。本文综合考虑 已有的建模方法的优 2 动力计算模型 缺点，采用常用的脊梁模式建立了该斜拉桥的有 限元 空间动力计算分析模型，在考虑几何非线性的情况下， 本文采用大型通用有限元程序 ANSYS建立 了全 对该斜拉桥的地震响应规律进 行 了动态时程响应分 桥空间有限元分析模型。建模时采用了 目前斜拉桥计 析，从中得出一些有价值 的结论。 算中常用的脊梁模式 ，把桥面系的刚度 (竖向、横向的 挠曲刚度 ，扭转刚度)和质量 (平动质量和转动惯量)都 1 工程概况 集中在主梁中间节点上 ，节点和斜拉索之间采用刚臂 该斜拉桥为三跨全飘浮体系(192m+434m+192 连接 。主塔 、主梁和刚臂都采用三维梁单元 BEAM4模 问 一 m)，双塔双索面叠合梁斜拉桥 。大桥设计安全等级为 拟 ，斜拉索采用空间索单元 LINK10模拟 ，依据 Ernst公 一 级 。桥梁设计基准期为 100年 ，设计车速为 80km／h， 式计算等效弹性模量 ，考虑索垂度引起的非线性影响。 桥面全宽为 30m，最大纵坡为1％，横向设置2％的横 边界条件处理为将桥塔在承台顶 固接 ，施加全 自 坡度。上部结构为两个钢箱梁和混凝土桥面板组成的 由度约束 ；主梁两端施加竖 向约束，模拟梁端竖 向支 叠合梁。桥面板厚 0．25m，主梁为两分离高2．8m、宽 座。桥塔与主梁连接处 ，耦合塔 、梁重合节点横向自由 2．3m的钢箱梁，钢箱梁之间，每4m设置一道横隔梁 ， 度 。模拟横向抗震支座 。 横隔梁间设置两道小纵梁 ，端横梁处设置铸铁压重 ，每 全桥有 限元模型共划分 BEAM4梁单元 358个 ， 侧重 16044kN。索塔为 门形塔 ，钻孔桩高桩承台基 LINK10索单元 140个 ，节点 357个。各单元的几何截 础 。塔高 141．331m。塔柱设置三道横梁 ，塔柱均为空 面特性依据实际构件截面尺寸而定 。三维有限元动力 心薄壁结构。下塔柱高 24．241m，