拱橋的抗震性能分析

龐 輝

（長春建筑學院土木學院，吉林 長春 130600）

拱橋的抗震性能分析

龐 輝

（長春建筑學院土木學院，吉林 長春 130600）

本文通過用Abaqus有限元軟件對結構進行固有值分析，分別對順橋及橫橋方向輸入地震波，結果表明，在順橋方向的影響很小，而在橫橋方向，尤其是在拱腳位置上出現了非常大的軸力以及應變。

拱橋；抗震；性能分析

1 概述

拱結構是一種常見的建筑結構類型，具有歷史悠久，造型優美細膩、抗壓能力強等特點，因而被廣泛運用于橋梁、隧道以及房屋建筑中，其中拱橋就是拱結構應用的典范之一。拱橋在橋梁的發展史上占有重要的地位，迄今已有三千多年的歷史。拱橋的承載能力強，其跨越性能強于梁式橋。由于拱橋大部分分布在西南地區，在西南地區幾乎很少有地震的發生，因為其有巖石基礎，即使是發生地震，也不會對結構有太大的損害，對整個結構的固有周期影響的非常小，所以，對拱橋抗震的研究僅僅停留在一些彈性范圍內。然而，在1995年的日本神戶地震發生后，設計者開始逐漸的認識到了只在彈性范圍內研究結構的抗震性能是遠遠不夠的。針對震后災害，并結合延性設計理念，日本橋梁規范進行了修改，提出了兩水準的設計要求，分別是水準一（在多遇地震的情況下）及水準二（在罕遇地震的情況下）。

2 建立模型以及特征值分析

該拱橋主要由橋面板、鋼縱梁、橋墩及拱肋組成。橋的總長是173m，拱長是114m，拱矢高是16.87m，拱橋的矢跨比為1：6.76。其中橋面板是鋼筋混凝土結構，截面形式是矩形截面，它的寬度是8.2m，而其厚度為0.22m。鋼縱梁的截面形式是工字形梁。橋墩采取的是箱形截面。拱肋是由箱型截面、橫隔板、橫向支撐以及對角支撐組成。

本文采用Abaqus有限元軟件進行分析，分別對順橋方向及橫敲方向輸入地震波，該地震波是1995年日本神戶地震時所記錄的地震波。對一個結構進行動力時程分析，首先第一步要算出它的固有周期，也就是相當于結構的特征值分析，找出質量參與系數在90%以上的所有振動模態，在本結構中取出前20個振動模態的計算結果如表1。從表中可以看出在順橋方向起主要作用的模態是模態1、5、12，而橫橋方向起主要作用的是模態2.

3 結論

圖1 材料的本構關系

圖2 Abaqus建立模型

通過對時程分析方法的結果作依據，分別對鋼拱橋的順橋方向以及橫橋方向的激勵，來驗證Push-over分析方法的有效性及準確性，總結了以下的結論和建議：與順橋方向相比，鋼拱橋在橫橋方向更容易破壞，且破壞的位置一般在拱腳處。

表1 邊界條件

表2 鋼材級別

表3

[1]日本道橋示方書[Z]，1996.

[2]日本道橋示方書[Z]，2002.

U448

A

10.13612/j.cnki.cntp.2014.04.028