斜拉橋抗震結構性能分析與仿真

潘從貴

（武漢南四環線高速公路建設管理有限公司，湖北 武漢 430000）

斜拉橋抗震結構性能分析與仿真

潘從貴

（武漢南四環線高速公路建設管理有限公司，湖北 武漢 430000）

當前我國城鎮化建設規模在不斷地擴大，斜拉橋憑借其獨特大氣美觀的外觀，成為城鎮化建設中不二的選擇。為了確保斜拉橋的抗震穩定性，本文結合工程實例針對斜拉橋抗震設計思想及設防準則等方面對斜拉橋的結構進行性能分析與仿真，以期確保斜拉橋的結構安全。

斜拉橋；抗震結構；性能分析；仿真

1.抗震概念設計及斜拉橋概念設計思想

我國四川發生地震的頻率高，所以一般建筑都需要設置抗震等級，使其在發生地震時不遭受破壞，能夠正常使用，同時保證人員的安全。因此為了進一步確保建筑的抗震質量，“抗震概念設計”這一理念應運而生，而斜拉橋正是該設計理念的一個分支，接下來筆者對其發展現狀及設計思想進行詳述。

1.1 抗震概念設計發展現狀

由于地震對建筑物的危害大，因此需要我們對于這種自然災害進行研究分析，并且其研究工作早在20世紀就進行了，而抗震設計的概念也在這時產生。目前在建筑施工領域內，用來減少地震危害的方法主要有兩種，一種方式是對斜拉橋進行減小，或者是進行隔震設計，另一種方式就是提高建筑物的延展性。然而針對本文研究的工程，以上兩種方式均不適用，我們采取的方式是限制其在縱向上位移的關鍵技術。

1.2 斜拉橋的抗震概念設計思想

斜拉橋不僅會受到靜力荷載，還會遭受動力荷載，并且其建筑周期通常會超過了一般建筑物，而這就需要我們對其抗震設計進行更深層次地探討，圖1是其反應譜曲線。

由圖1可以看出，我們需要在斜拉橋施工過程中，找到一個既能使加速度滿足要求，又能使位移滿足要求的周期。

2.工程項目概況

此斜拉橋項目位于四川省成都市二環路，采用的是漂浮斜拉橋結構，全長120m，高28m。該項目的完成減輕了二環路車輛擁擠的現象，對緩解成都交通壓力起到了至關重要的作用，這就需要我們在滿足抗震等級的情況下盡量使得斜拉橋在造價方面更加經濟。

2.1 全橋空間有限元模型

為了確保斜拉橋的質量，我們需要對斜拉橋進行仿真模擬，這樣就可以更加確保其施工質量。對斜拉橋的模擬過程采用了有限元模型及MIDAS軟件。首先應該確定斜拉橋的坐標，在此模擬中，X軸是橋長方向，Y軸是橋寬方向，Z軸是橋的高度方向，然后在軟件中輸入與該橋有關的相關參數，就可以進行模擬了，其模擬出來的效果圖如圖2所示。

2.2 自由振動特性分析

由于地震屬于動荷載力量，因此我們為了更加詳實地了解地震對橋的影響，應該對橋在動力方面的特性進行研究分析。對此，筆者模擬了兩個效果圖，一種是考慮了活動支座的影響，另一種是沒有考慮其他影響因素，接著分別分析了其在不同周期的情況下的震動情況，圖3、圖4、圖5分別為模型模擬過程中關于震動情況的效果圖。

通過分析效果圖，可以看出模型1中，此橋在沿高度方向的剛度并沒有沿長度方向的剛度大；沿橋的寬度方向剛度較大，其可以對地震產生的危害產生明顯的抵抗作用，同時根據模型2的效果可以看出，沿此方向的剛度是大于沿橋高度方向剛度的。

表1　坐標系的不同參與情況

表2　位移受力情況統計表

3.反應譜分析

3.1 反應譜輸入

通過反應譜輸入方法分析地震對橋的影響是一種行之有效的方式，因為此種方法不僅考慮了研究物體在地震時自身的一些動態變化，還可以真實地模擬了地震時橋基礎上的震動情況，使此軟件的模擬更加真實。表1為橋梁震動中，其坐標系3個方向各自的參與情況：

從模擬出來的輸入譜與歸納出來的統計數據，經過分析研究可以得出，此次模擬的效果圖是符合抗震要求的。

3.2 計算結果分析

針對考慮支座影響的模型一，我們應該重點看地震影響最大的部位，對于其來說就是自身支撐作用的橋墩以及兩側橋底部的地方。表2是此次模擬出來的關鍵作用部位的位移所受力的情況：

從表2我們可以看出，橋梁自身抗震阻抗力是小于其所受的荷載的，所以需要附加其他的力以確保不產生位移。所以在研究分析過程中，我們應該考慮橋梁在寬度方向也保持足夠的剛度。通過對比考慮支座影響的模型一與不考慮支座影響的模型二的計算結果可以看出來：當模型一與模型二同時遭受地震的影響時，模型一會產生比模型二的反應加速度要大；對考慮支座影響的模型一會增加橋梁沿長度方向的剛度問題，它將會首先產生一個彎曲的現象，而不去考慮支座影響的模型二，剛度的大小與模型一是不同的，因此可以看出，剛度大小主要取決于主塔的剛度，并且其沿長度方向的剛度沒有沿寬度方向和高度方向的剛度大；從前面的分析可知，在考慮支座影響時，支座與接觸體之間會發生相對位移，而真實的情況是固定不動的。所以在選擇模擬的時候，我們應該采取不考慮支座影響的模型，而是盡量去找到一種切實可行的抗震結構體系。

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